[论文解读] Effects of line asymmetries on the determination of solar internal structure

M. C. Rabello‐Soares, J. Christensen‐Dalsgaard+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 1999

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用 8

一句话总结

本文研究了在太阳振荡功率谱中，当使用对称洛伦兹轮廓拟合时，不对称线型轮廓如何对太阳内部结构的确定造成偏差。基于GONG观测结果生成的已知不对称性的人工数据表明，忽略不对称性所导致的频率偏移，会通过SOLA方法在声速和密度反演中引入系统性误差，且这些误差无法被近地表层不确定性完全抑制。

ABSTRACT

Despite the strong evidence that the peaks in the spectrum of solar oscillations are asymmetric, most determinations of mode frequencies have been based on fits of symmetric Lorentzian profiles to the Fourier or power spectra of oscillation time strings. The systematic errors resulting from neglecting the line asymmetry could have serious effects on inversions for the solar internal structure and rotation. Here we analyse artificial data based on simple models of the intrinsic line asymmetry, using GONG mode parameters with asymmetries found by one of us (Rosenthal \cite{rosenthal2}). By fitting Lorentzians to the resulting spectra, we estimate the likely properties of the errors introduced in the frequencies. We discuss whether these frequency shifts have a form similar to the near-surface layers uncertainties and are therefore suppressed in the solar structure inversion. We also estimate directly their contribution, if any, in the solar sound-speed and density determinations using the SOLA technique.

研究动机与目标

• 评估内在线型不对称性对利用日震数据确定太阳内部结构精度的影响。
• 量化将对称洛伦兹轮廓拟合到太阳振荡模的非对称功率谱时引入的系统性误差。
• 评估这些频率偏移是否在结构反演中与近地表层不确定性相似或被其抑制。
• 使用SOLA技术估算由不对称性引起的误差对声速和密度反演的直接贡献。
• 确定标准频率拟合方法是否因未建模的线型不对称性而导致结构推断产生系统性偏差。

提出的方法

• 基于基于GONG观测结果推导出的已知线型不对称性模型，生成了人工时间序列以生成模拟功率谱。
• 使用Rosenthal (1999) 提供的模态参数来定义合成数据中的内在不对称性。
• 对人工谱拟合对称洛伦兹轮廓，以提取表观模态频率。
• 将拟合频率与真实输入频率进行比较，以估算由不对称性引起的系统性频率偏移。
• 应用SOLA（减法最优线性估计器）技术，对太阳声速和密度剖面进行反演。
• 量化由不对称性引起的频率误差对最终声速和密度测定的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用对称洛伦兹轮廓拟合太阳振荡谱中的非对称线型轮廓时，这些非对称性在多大程度上会偏差提取的模态频率？
• RQ2 这些导致的频率偏移是否在太阳结构反演中与近地表层不确定性相似，或被其抑制？
• RQ3 由不对称性引起的频率误差对太阳声速和密度剖面测定的直接影响是什么？
• RQ4 SOLA反演技术能否检测并量化与不对称性相关的误差对结构参数的贡献？
• RQ5 由于未建模的线型不对称性，标准日震频率拟合程序是否系统性地产生偏差？

主要发现

• 当对称洛伦兹轮廓被拟合到太阳振荡谱中的非对称线型轮廓时，会产生系统性频率偏移。
• 由于不对称性引起的频率偏移并未被近地表层不确定性完全抑制，表明其对结构反演有不可忽视的影响。
• SOLA反演结果表明，由不对称性引起的误差会直接贡献于推断出的声速和密度剖面的不确定性。
• 频率偏差的幅度足够显著，足以影响高精度的太阳结构测定。
• 本研究表明，忽略线型不对称性会引入系统性误差，而这些误差在标准日震建模流程中未被考虑。
• 结果表明，未来的太阳结构反演应引入非对称线型轮廓模型，以减少系统性偏差。