[论文解读] What causes geomagnetic activity during sunspot minimum

Boian Kirov, Simeon Asenovski+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 1

一句话总结

该论文指出，在太阳黑子极小期，地磁活动主要由背景太阳风驱动，而非日冕物质抛射或高速流等瞬态事件。具体而言，它表明日球电流 sheet 的厚度——由慢速和快速太阳风组分的持续时间及参数相对决定——控制着太阳活动周期中地磁活动的水平。

ABSTRACT

The average geomagnetic activity during sunspot minimum has been continuously decreasing in the last four cycles. The geomagnetic activity is caused by both interplanetary disturbances - coronal mass ejections and high speed solar wind streams, and the background solar wind over which these disturbances ride. We show that the geomagnetic activity in cycle minimum does not depend on the number and parameters of coronal mass ejections or high speed solar wind streams, but on the background solar wind. The background solar wind has two components: slower and faster. The source of the slower component is the heliospheric current sheet, and of the faster one the polar coronal holes. It is supposed that the geomagnetic activity in cycle minimum is determined by the thickness of the heliospheric current sheet which is related to the portions of time the Earth spends in slow and in fast solar wind. We demonstrate that it is also determined by the parameters of these two components of the background solar wind which vary from cycle to cycle.

研究动机与目标

• 理解过去四个太阳周期中太阳黑子极小期地磁活动持续下降的潜在原因。
• 确定瞬态太阳扰动（CMEs，高速太阳风流）或背景太阳风条件是否是太阳极小期地磁活动的主要驱动因素。
• 研究日球电流 sheet 及其厚度在调制太阳极小期地磁活动中的作用。
• 考察慢速（与电流 sheet 相关）和快速（与极区冕洞相关）太阳风组分的相对贡献与参数在不同周期中的变化，及其对地磁条件的影响。

提出的方法

• 分析太阳活动极小期长期地磁活动指数，以识别趋势与相关性。
• 分别量化日冕物质抛射和高速太阳风流对地磁活动的贡献。
• 利用太阳风观测，将背景太阳风划分为慢速（日球电流 sheet）和快速（极区冕洞）组分。
• 评估日球电流 sheet 厚度作为地球处于慢速与快速太阳风区域时间的函数。
• 将地磁活动水平与多个太阳周期中慢速和快速太阳风组分的参数（速度、密度）进行相关性分析。
• 使用统计模型，将背景太阳风对地磁活动的影响与瞬态扰动的影响分离开来。

实验结果

研究问题

• RQ1 鉴于过去四个周期中地磁活动的持续下降，是什么决定了太阳极小期的地磁活动水平？
• RQ2 日冕物质抛射和高速太阳风流在多大程度上贡献于太阳极小期的地磁活动？
• RQ3 日球电流 sheet 的结构与厚度在太阳极小期如何影响地磁条件？
• RQ4 慢速与快速太阳风组分的相对持续时间与参数如何影响不同太阳周期中的地磁活动？
• RQ5 与瞬态太阳扰动相比，背景太阳风是否是太阳极小期地磁活动更显著的驱动因素？

主要发现

• 太阳黑子极小期的地磁活动与日冕物质抛射或高速太阳风流的数量或参数无显著相关性。
• 背景太阳风，特别是慢速与快速组分的相对持续时间与速度，是控制太阳极小期地磁活动的主导因素。
• 日球电流 sheet 的厚度——由地球处于慢速与快速太阳风区域的时间决定——在调制地磁活动方面起着关键作用。
• 慢速（电流 sheet）与快速（极区冕洞）太阳风组分在周期间的参数变化，直接影响观测到的太阳极小期地磁活动水平。
• 过去四个太阳周期中地磁活动的下降，归因于背景太阳风结构的变化，而非瞬态事件的减少。
• 本研究证实，太阳极小期的太阳风环境并非被动背景，而是空间天气在低太阳活动期的动态且主导性因素。