Артефакты и долгопериодические колебания солнечных пятен

1. Артефакты и долгопериодические колебания солнечных пятен Ю.А. Наговицын, А.Л. Рыбак

2. Типичные временные шкалы вариаций магнитных полей пятен • Pevtsov et al // ApJL, 2011: Н - изменение с 11-л циклом активности • Pevtsov et al // Solar Phys., 2013: изменение с вековым циклом активности • Колебания Н пятен с Т несколько суток (сверхдолгопериодические) • 3-мин колебания пятен (обзор - Богдан, 2000) • Долгопериодические колебания Т – десятки-сотни минут.

3. Долгопериодические колебания на временной шкале десятки-сотни минут (наземные наблюдения) • Бекерс и Шульц, 1972: 15-мин осцилляции на внешней границе тени (кроме 3m колебаний). • В 1985 г. Гопасюк: 40-мин крутильные КПКс амплитудой V=50 м/с. • Демченко, и др., 1985: 70-минутные колебания площадей пятен. • Бертон и Рэйроул, 1985: 40–50 мин колебания азимутального компонента скорости газа в пятне. • Башкирцев и Машнич, 1983-1993 и др.:колебания протуберанцев, характер мод – суперпозиция крутильных и долготных колебаний, периоды: 40–80 мин. • Ландман и др.,1977: спокойные протуберанцы, T 25m, в ширине и интенсивности линии D3HeI. • Виер и др., 1984: допплеровские колебания H - амплитуд протуберанцев с периодами 50, 60 и 64m. • Бальтазар и др.,1986,1988: периодические (T 1h) доплер.сдвиги в H. • Корональные арки: Гаррисон, 1987: T~24m, Швестка, 1994 (рентгеновский диапазон) – Т ~ 20m, Де Форест и Гурман, 1998 (УФ диапазон) – T ~ 15m, Кауфман,1972 (микроволновой радиодиапазон) – T = 41m.

4. Долгопериодические колебания на временной шкале десятки-сотни минут (наземные наблюдения) • Борцов, Вяльшин, Наговицын, 1986: циклические изменения характеристик пятен с Т от 35 до 140 минут. • Наговицын и Вяльшин, 1989: крутильная мода с Т от 45 до 120 минут и меридиональные колебания с Т=155 и 185 мин. • Дружинин и др., 1990, 1993: периодическая компонента собственных движений с T = 158m. Крутильные колебания с периодами около часа. • Ихсанов и Наговицына, 1990: не-глобальная компонента собственных движений - КПК (T = 70  240m) двух независимых мод: широтной и долготной. • Наговицына, 1990: крутильная -мода и радиальная r – мода относительных колебаний пятен зависимы. Периоды: от 60 до 120 минут. • Ефремов, Ихсанов, Парфиненко, 2004: 30-40 мин колебания.

5. Долгопериодические колебания пятен на временной шкале десятки-сотни минут (наблюдения SOHO MDI) • Наговицын и др. (2008, 2011): 35-40, 50-75, 100-150, 200-250 мин и больше • Ефремов, Парфиненко, Соловьев (2012): Предельная низкочастотная мода КПК в пятне 800-1300 мин, кроме того, КПК в полосах: 40–45, 60–80, 135–170, 220–250 и 480–520 мин

6. Артефакты MDI SOHO

7. Изучение колебаний МП пятен: метод максимального пиксела Х – артефакт MDI: Движение от пиксела к пикселу по X в картинной плоскости AR 8794 u=50 (слева) 37(справа) AR 9066, u=53 (слева)8 (справа)

8. Движение от пиксела к пикселу по Y в картинной плоскости: ДОЛЖЕН быть и Y-артефакт!

9. AR 8794, (сверху)AR 9066 8 (снизу) Видимые на MDI колебания

10. Y – артефакт MDI Зависит от угла наклона оси вращения Солнца к картинной плоскости B0

11. Ложные периоды SOHO MDI, обусловленные Y - артефактом (статистика – 45 пятен) 75% в диапазоне 700-1300 мин Ефремов и др. (2012): Предельная низкочастотная мода КПК в пятне 800-1300 мин

12. Регулярное движение по широте как источник артефакта колебаний (даже при В0 = 0) Пусть пятно имеет собственное движение по широте V= 0.2 град/сут (реальная величина).Тогда из-за прохождения по пикселам в вертикальном направлении оно будет генерировать колебания с периодом: Т = 1450/(0.2*12200/24/60) = 860 минНеобходимо отслеживать координаты и горизонтальное поле пятна, а не только вариации напряженности.

13. Градиент Н на пикселах вблизи центра пятна

14. Пикселы как коррелятор: синхрони-зация разных участков пятна Center Center+X Center+2X

15. Пикселы как коррелятор: синхрони-зация разных участков пятна Center Center+X Center+2X

16. Пикселы как коррелятор: синхрони-зация разных участков пятна

17. Пикселы как коррелятор: синхрони-зация разных участков пятна Поскольку пикселы синхронизируют пятно «в целом», интегральные характеристики (площадь, периметр, суммарный поток) содержат систематические ошибки, зависящие от локализации пятна в сетке пикселов.

18. Как преодолеть влияние артефактов SOHO MDI?

19. Два путирешения: • Коррекция артефактов (см. Наговицын, Наговицына, 1996; Наговицын и др., 2012) • Контроль артефактов

20. Пятно на трех строчках пикселов

21. Пятно на трех строчках пикселов

22. Пятно на трех строчках пикселов Вейвлет-преобразование (расщепление на частотн. компоненты): Частотная вейвлет-фильтрация X и Y артефактов: Частотные компоненты, соответствующие X-артф. (T<=15 мин) и Y-артф (>=500мин)зануляются. ) Обратное вейвлет-преобразование:H*(t) = W-1[WH]

23. Результаты вейвлет-фильтрации

24. Неслучайность колебаний: критерий 2:(отличие от нормального по кр.мере с р>0.95)

25. Данные MDI SOHOи наземных наблюдений.Зависимость частоты КПКот напряженности магнитного поля пятна

26. Наблюдательный материал • 45 пятен простой симметричной формы, наблюденных на MDI SOHO за 1999-2002 гг. -- После нахождения параметров КПК (комплексный Морле-6) оставлены частотн. компоненты с А > 25 Гс) • + 34 пятна, наблюденных с Земли 1975-1990 гг. (Вяльшин, Наговицын, Наговицына)

27. Зависимость частоты КПК от напряженности МП пятна Кружки – MDI SOHOКвадраты – наземные наблюдения

28. Типы горизонтальных КПК пятен • Крутильные КПК (относительные): -мода • Радиальные КПК (относительные): r -мода • Широтные КПК (абсолютные): -мода • Долготные КПК (абсолютные): -мода • Колебания напряженности магнитного поля

29. «Короткие» связи в АО l

30. Выводы и результаты • Показано, что неучет движения пятна по пикселам MDI SOHO в вертикальном направлении приводит к обнаружению ложных периодов долгопериодических колебаний магнитного поля пятен (Y-артефакт) с периодами 700-1300 минут вблизи центрального меридиана. Данная мода - не предельная низкочастотная мода долгопериодических КПК пятна, а артефакт. • Предложен способ контроля этого артефакта с помощью вейвлет-преобразования, позволяющий исследовать периоды колебаний в диапазоне 15<T<500 мин. Колебания в диапазоне 500-1500 мин, возможно, и существуют, но их изучение требует специальной методики. • По наблюдениям 45 (+34) пятен построена экспериментальная зависимость частоты колебаний магнитного поля пятна от его напряженности. Картина имеет многомодовый характер и не противоречит предыдущим данным наземных исследований.

31. Спасибо за внимание!

32. Спектр, создаваемый Y артефактом

33. Спектр, создаваемый Y артефактом

34. К интерпретации зависимости частоты КПКот напряженности магнитного поля пятна

35. Зависимость «напряженность поля-частота (период КПК)» Крутильные колебания: Широтные и долготные КПК: Радиальные КПК: Т.обр., вариации МП пятен вызваны 4 типами различающихся, но связанных между собой, мод

36. Какие колебания напряженности МПмы наблюдаем? • Основные моды: • Комбинационные моды: Примем l =109см, J = 102г/см2 (h~108см), k = 1, s = 0.5.

37. Зависимость частоты КПК от напряженности МП пятна

38. Зависимость частоты КПК от напряженности МП пятна

39.  = 48+17 мин SOHO (H) и Nobeyama (I), пятно № 10

40. Сопоставление частот КПК SOHO и Nobeyama  = 0.97, 3.4