太陽全面彩層画像データを用いた
太陽活動長期変動調査
ー データアーカイブ整備と紫外線長期変動再現の試み ー
上野悟、渡邉晧子（京都大学）、北井礼三郎(仏教大学)
浅井歩、磯部洋明（京大宇宙ユニット）、新堀淳樹（京大生存研）、野津翔太、野津湧太、萩野正興、坂上峻仁、河瀬哲弥（京都大学）
塩田大幸、柴山拓也（名大ＳＴＥ研）、森田諭（国立天文台）

2015年2月20日 IUGONET研究集会@京大Solar UV Radiation and ionospheric variation
Solar radiation is one of very important element forunderstanding the change of space weather. Especially solar
UV around from 50 to 140 nm has strong influence for theionosphere of the earth.

成層圏への影響
成層圏ではオゾン分子や酸素分子が紫外線を吸収する光化学反応によって大気が熱され、それと大気自身が放出する赤外放射とが釣り合うことで気温が決まって
近年、成層圏では上空に放射される赤外放射の増加により対流圏とは逆に気温のが報告されている。
UV-A (400–315 nm)、オゾン層生成に寄与する紫外線 < 242 nm
UV-B (315–280 nm)、オゾン層を直接分解する紫外線 < 320 nm
UV-C（280 nm未満）
オゾン層破壊に影響するNOx を分解する紫外線 < 190 nm

One of good index of the change of ionosphere is the“Geomagnetic Solar daily Quiet variation (Sq)”.

By A.Shinbori

Example of Geomagnetic
Solar daily Quiet variation (Sq)

Equatorial Region Middle
Latitude2008/04/01～04

Sq variation

It basically changes obeying thesolar activity due to the variationof solar UV radiation.Elias et al. (2010) reported that the amplitude of Sq (without solarcomponent) tends to increase in recent 40 years, and theysuggested that the reason is increasing of CO2 and global warmingin the asmosphere.
1960-2000

HER

The amplitude of Sq fieldtends to increase.
Elias et al., 2010
HER
(34.43S,19.23E)
1950

Time2010

KAK(36.23N,140.19E)

They used the geomagnetic dataobtained only from 1960 to 2000,
and only at three stations.

Result of long-term & multi-point analysis of Sq
By Shinbori et al.
Three examples among 178 stations
KAKSJGHER (34.43S, 19.23E)

KAK (36.23N, 140.19E)

SJG (18.11N, 293.85E)

HER

Station map
After subtraction of solar activity’s variationfrom 60 years variation of Sq observed atmany station, we can find global long-term
variation in the residual Sq.
Note: In this analysis, F10.7 flux was used as
the index of solar activity.

Actually, we cannot neglect difference between the variation ofF10.7 flux and variation of UV flux especially at solar
maximum phase and at minimum phase.

Solar Maximum Phase
In these phases, the radio flux
deviates from linear relationship.
Solar Minimum Phase

So, we have to know the long-term variation of UV radiation
more accurately.

UV/EUV観測衛星と観測波長
色んな衛星がIrradianceを計測している
UV:UARS/SUSIM(1991～2001)
UV:UARS/SOLSTICE(1991～2005)
UV:SORCE/SOLSTICE(2003～)

EUV,UV:Proba2/LYRA(2009～)
EUV:SDO/EVE(2010～)

X:GOES(1986～)
UV,VIS:ENVIST/SCIAMACHY(2001～)
X:SORCE/XPS(2003～)
UV,VIS,NIR:SORCE/SIM(2003～)
EUV:SOHO/SEM(1996～)
EUV,UV:TIMED/SEE(2002～)
横山さんのスライドより

UV radiation from the Sun

光球 ... ~6000K→ visible light彩層 ... ~１万～数万K→ EUV ‐ UV
コロナ ... >100万 K→ X‐rays ‐ EUV

＋制動放射太陽全面紫外線放射スペクトル変動との比較による、彩層画像からの紫外線変動再現の取組み

太陽全面彩層情報と紫外線量との関係（横山正樹、増田智、佐藤淳 2005年）

太陽全面紫外線放射スペクトル変動との比較による、彩層画像からの紫外線変動再現の取組み

太陽全面彩層情報と紫外線量との関係（横山正樹、増田智、佐藤淳 2005年）

地球に届く紫外線の指標として、太陽彩層全面画像を有効に利用する。
特に人工衛星による紫外線情報の無い期間に対して協力な情報となり得る。

京都大学 大学院理学研究科 附属天文台が提供するデータセット
太陽磁気活動望遠鏡（SMART）：
・SMART Hα太陽全面多波長画像
・SMART Hα太陽部分拡大多波長画像
・SMARTイベントカタログ
・SMARTイベントムービー
・SMART太陽光球磁場データ
フレア監視望遠鏡（FMT）：
・FMT太陽全面多波長画像
・FMTイベントリスト
・FMTイベントムービー
ドームレス太陽望遠鏡（DST）：
・DST Hα太陽部分拡大多波長画像
・DST 太陽分光観測クイックルック画像
・DST 太陽分光観測データ
太陽全面カルシウム線ヘリオグラム

京都大学 大学院理学研究科 附属天文台が提供するデータセット
太陽磁気活動望遠鏡（SMART）：
・SMART Hα太陽全面多波長画像
・SMART Hα太陽部分拡大多波長画像
・SMARTイベントカタログ
・SMARTイベントムービー
・SMART太陽光球磁場データ
フレア監視望遠鏡（FMT）：
・FMT太陽全面多波長画像
・FMTイベントリスト
・FMTイベントムービー
ドームレス太陽望遠鏡（DST）：
・DST Hα太陽部分拡大多波長画像
・DST 太陽分光観測クイックルック画像
・DST 太陽分光観測データ
太陽全面カルシウム線ヘリオグラム

Hα images with the FMT

Data calibration
No flat observation before
2009 ⇒ Make pseudo‐flat by
averaging 2‐month’s images
Remaining fringe pattern(daily variation) is reduced byadditional treatmentrawcalibrated

pseudo‐flat(shown ±10%)limb darkening removed

Attempt to calculate “Hα Plage Index”
By H.Watanabe et al.

We defined “Hα Plage Index”
as the percentage of the area
covered by plages & active
network in the solar disk
obtained at Hα line center.
If
I(x,y) > (averaged intensity)+2σ(standard deviation)
then, (x,y) is the plage oractive network.

ResultHα PlageIndex

Hα Plage Index
F10.7
EUV (26—32 nm) SOHO/SEM‐8 %* 当然ではあるが、太陽活動周期と正相関した11年周期の増減はクリアに検出された。
* サイクル22/23間極小期よりも23/24間極小期の方がＥＵＶが有意に減少している傾向を、この指標でも確認することができた。
* ただし、定量的には、その減少率はＥＶＵのそれよりもまだ小さい。
原因の確認が求められる。

ResultHα Plage
Index
Mt.Wilson Ca II K
Bertelloet al.
Hα PlageIndex
Plage Index
2010, Sol.Phys.

F10.7
EUV (26—32 nm) SOHO/SEM‐8 %* Ca II K 全面画像から Plage Indexを求めた先行研究の結果と比較すると、22/23極小期と 23/24極小期での減少率については、ほぼ同じ結果であることが分かった。
* 一方、活動領域が出現している期間については、変動曲線の形状に違いが見られる。
Ｈα Plage index の方が、コントラストの高い形状が得られる？ この相違の原因も要確認。

Result2002年
2000 ↓Hα Plage年Index↓2005
Hα Plage年Index↓F10.7EUV (26—32 nm) SOHO/SEM

2005年↑↑2002 ↓2000 年
年‐8 %* Ca II K 全面画像から Plage Indexを求めた先行研究の結果と比較すると、22/23極小期と 23/24極小期での減少率については、ほぼ同じ結果であることが分かった。
* 一方、活動領域が出現している期間については、変動曲線の形状に違いが見られる。
Ｈα Plage index の方が、コントラストの高い形状が得られる？ この相違の原因も要確認。

Dependency on Latitude1996 – 2009(preliminary)lat. 0°~30°(Active region belt)

lat. 30°~60°

lat.
>60°(Polar)

0.021

0.03

0.05

0.019

0.02

0.03

高緯度になればなるほど、22/23 => 23/24 の Plage Index の減少率が顕著になるようだ。

Compare with polar magnetic fieldobservationlat.
>60°(Polar)

Wilcox Solar Observatory

1996

2010

サイクル22/23間極小期と 23/24極小期でのＥＵＶ放射量の違いは、極域磁場の減少による、極域紫外線放射量の低下に依るものか？

さて、しかしながら、今回のデータセットでは、カバーしている観測期間は以下の範囲内だけである。 より長期に渡る紫外線変動を推定するためには、さらに過去に蓄積されたデータの利用が必要。

京都大学 大学院理学研究科 附属天文台が提供するデータセット
太陽磁気活動望遠鏡（SMART）：
・SMART Hα太陽全面多波長画像
・SMART Hα太陽部分拡大多波長画像
・SMARTイベントカタログ
・SMARTイベントムービー
・SMART太陽光球磁場データ
フレア監視望遠鏡（FMT）：
・FMT太陽全面多波長画像
・FMTイベントリスト
・FMTイベントムービー
ドームレス太陽望遠鏡（DST）：
・DST Hα太陽部分拡大多波長画像
・DST 太陽分光観測クイックルック画像
・DST 太陽分光観測データ
太陽全面カルシウム線ヘリオグラム

京都大学 大学院理学研究科 附属天文台が提供するデータセット
太陽磁気活動望遠鏡（SMART）：
・SMART Hα太陽全面多波長画像
・SMART Hα太陽部分拡大多波長画像
・SMARTイベントカタログ
・SMARTイベントムービー
・SMART太陽光球磁場データ
フレア監視望遠鏡（FMT）：
・FMT太陽全面多波長画像
・FMTイベントリスト
・FMTイベントムービー
ドームレス太陽望遠鏡（DST）：
・DST Hα太陽部分拡大多波長画像
・DST 太陽分光観測クイックルック画像
・DST 太陽分光観測データ
太陽全面カルシウム線ヘリオグラム

２０１４年度科研費（成果公開／データベース）
京大生駒山太陽観測所（１９４１～７２年）等で観測されていた、４０年間（１９２９～１９６９年）に渡る CaK II 線での太陽全面像の写真乾板データのデジタル化・データベース整備作業を推進中。
1967 May 24

観測期間カバレッジ
計約7000枚月アーカイブデータの階層
Level 0 : 元データ(乾板をスキャンしたデジタルデータ)
・ TIFF ：メタデータのみIUGONETで公開済み。
実データはリクエストに応じて個々公開
Level 1 : 太陽像を切り出して直径と中心を揃え、太陽の北と画像の上を合わせたもの
・ JPEG：メタデータはIUGONETで公開済み。
実データも、京大webサーバ上で公開中。
Level 2 : フラット補正や明るさの正規化をしたもの
・ FITS： 共に、メタデータのIUGONETでの公開と・ JPEG： 実データの京大ｗｅｂサーバ上での公開を予定。

アーカイブデータの階層
Level 0 : 元データ(乾板をスキャンしたデジタルデータ)
・ TIFF ：メタデータのみIUGONETで公開済み。
実データはリクエストに応じて個々公開
Level 1 : 太陽像を切り出して直径と中心を揃え、太陽の北と画像の上を合わせたもの
・ JPEG：メタデータはIUGONETで公開済み。
実データも、京大webサーバ上で公開中。
Level 2 : フラット補正や明るさの正規化をしたもの
・ FITS： 共に、メタデータのIUGONETでの公開と・ JPEG： 実データの京大ｗｅｂサーバ上での公開を予定。

データベース整備作業内容
１）２）Median フィルタによるノイズ除去&縮小
Sobel フィルタによるエッジ検出
細線化
以上を Canny 法と呼ぶらしい(ちょっと違うかも)
しきい値を決め二値化
Hough変換による円の検出
出力３）京都大学大学院理学研究科・附属天文台の独自webサイトでの検索（１）京都大学太陽全面シノプティック観測画像データベースの、Ca II K線単色画像のサイトにアクセス。
URL http://www.hida.kyoto-u.ac.jp/ASKANIA/Ca/list_all.html

京都大学大学院理学研究科・附属天文台の独自webサイトでの検索（２）探したいデータの年の行まで下がり、該当月をクリックする。

京都大学大学院理学研究科・附属天文台の独自webサイトでの検索（３）下図の様な当該月のカレンダーが表示される。（各日の欄には、その日に観測データが複数ある場合、一番最初の観測データの縮小画像が表示されている。）
必要としている日の画像をクリックする。

京都大学大学院理学研究科・附属天文台の独自
webサイトでの検索（４）当該日に観測された全データと、参考資料として他の観測所で観測された画像が一覧表示されるので、当天文台の観測画像をクリックする。

京都大学大学院理学研究科・附属天文台の独自webサイトでの検索（５）下図のように、太陽のサイズを揃え、東西南北方向を補正した状態のCa II K線 太陽全面データのクイックルック画像（JPEG）(DisplayData)
を閲覧することができる。
Webブラウザの保存機能を用いてダウンロード可。

大学間連携事業IUGONETメタデータ検索サイトでの検索（１）IUGONET検索システムのwebサイトにアクセス。
URL http://search.iugonet.org/iugonet/

大学間連携事業IUGONETメタデータ検索サイトでの検索（２）ASKANIAヘリオグラフで撮影したCa線データのクイックルック画像（JPEG）を検索すると言うことで、Keyword欄には「ASKANIA Ca jpg」と記入。
例えば1947年4月前半の期間を検索する場合、Time欄にはfrom「1947-04-01T00:00:00」to「1947-04-15T23:59:59」と入力。
さらに、個々の画像データファイルを検索するため、Data Types は Data File/Plot にチェックをした上で、Searchボタンをクリック。

大学間連携事業IUGONETメタデータ検索サイトでの検索（３）上記条件の下では、下図の様に９件のJPEG画像が検索された。
検索されたクイックルック画像を閲覧するには、各々のデータファイルに付記されているURLをクリックする。

大学間連携事業IUGONETメタデータ検索サイトでの検索（４）例えば、”Ca_19470405_01.jpg” のURLをクリックした場合、下図の様にクイックルック画像が表示される。
ブラウザ上でURLを右クリックし、「名前を付けて保存」を選べば、ダウンロード可。

来年度以降の課題
左図のように、スリット幅の不均一性などによる縞状の模様や、天候の変化などによる縞模様ができたりしているケースが多々ある。
これらのパターンを除去して、科学的・定量的な解析にそのまま使用できるような状態にし、ＦＩＴSに変換する。
それらの実データの公開と、メタデータのＩＵＧＯＮＥＴへの登録作業を進める。
その後、これらのデータに対しても、Plage index の導出を試みる。

終わり