太阳磁场和行星际磁场的周期性研究 叶妮 祝凤荣 周雪梅 贾焕玉 西南交通大学 2010年4月

目 录 引言 数据分析方法 统计折叠周期分析法 Lomb-Scargle傅立叶变换法 数据说明 结果和讨论 总结

引 言 太阳磁场、行星际磁场 太阳磁场与行星际磁场的关系 磁场周期性的研究

太阳磁场和行星际磁场 TRACE 探测器 Sayan Solar Observatory (SSO) SMMF data: download from: http://wso.stanford.edu/ IMF data download from: http://omniweb.gsfc.nasa.gov/ Wilcox Solar Observatory(WSO）

在GSE坐标中测量行星际磁场 X-axis：pointing from the Earth towards the sun Y-axis：in the ecliptic plane pointing towards dusk (thus opposing planetary motion). Z-axis：parallel to the ecliptic pole

数据分析方法 统计折叠周期分析法 Lomb-Scargle傅立叶变换法

太阳磁场分布 1975年—2010年，磁场与太阳的11年活动周期相对应。

行星际磁场分布 磁场的大致分布为-20nT到+20nT之间，主要集中于- 5nT到5nT之间。

用统计折叠法分析太阳磁场 周期变化范围为2-100天，周期变化步长为一天 可以看出在27天处 出现极大值，即太阳磁场有27天的周期 可以看出在27天处 出现极大值，即太阳磁场有27天的周期 在T=41处也有比较明显的峰值出现（通过进一步分析知为T=14的贡献），由于27天周期对之后的折叠有贡献，所以54，81天处也有峰值出现

用统计折叠法分析行星际磁场 周期变化为2-100天，变化步长为一小时 Bx、By有都在13.5，27.17天处有明显周期，之后的峰值为13.5和27.17天周期的贡献 Z轴与太阳自转轴方向相同， Bz无明显周期性

用Lomb-Scargle傅立叶变换分析太阳磁场 归一化功率谱密度在26.90天处出现极大峰值，13.5天处也有峰值出现，8.95天处有较小峰值，虚警概率判断显示，26.90天处的虚警概率接近0，而13.5天处虚警概率为4.580336e-12，8.95天处虚警概率为4.237935e-02。 26.90天处和13.5天处周期信号可靠性很高，而8.95天处的周期信号有一定可靠性。

用Lomb-Scargle傅立叶变换分析行星际磁场 对于Bx，归一化功率谱密度在27.15处出现极大峰值，13.5天处也有峰值出现，虚警概率判断显示，27.15天处的虚警概率接近0，而13.5天处虚警概率为2.679048e-07。 对于By，归一化功率谱密度在27.15处出现极大峰值，13.6天处也有峰值出现，虚警概率判断显示，27.15天处的虚警概率接近0，而13.6天处虚警概率为4.185670e-09。 对于Bx和By两处周期信号都有很高的可靠性。与太阳磁场不同，在8.9附近没有发现明显的周期信号。

对太阳磁场的周期拟合 对太阳磁场的两处周期13.5天和26.90天分别做周期拟合。拟合结果显示，太阳磁场周期为13.62天和27.13天，拟合函数分别为：-5.832 * sin（2*3.14/13.62 *（ t – 2.514））-0.0829 和 -6.561*sin（2*3.14/27.13* （t + 2.969））-0.9725。 从27.13天的拟合可以看出，13.62天的周期信号对27.13天的周期有贡献。

对行星际磁场X分量的周期拟合 对行星际磁场的周期拟合结果显示，Bx的周期为13.46天和27.19天。拟合函数分别为：0.3788*sin(2*3.14/13.46 （t – 3.168）) + 0.1057，和 -0.449*sin(2*3.14/27.19 （t + 3.61）) + 0.04862.

对行星际磁场Y分量的周期拟合 对行星际磁场的周期拟合结果显示， By的周期为13.60天和27.17天。拟合函数分别为： -0.2723*sin(2*3.14/ 13.60 *（ t + 1.521）) – 0.03316, 和 0.6737*sin(2*3.14/27.17 *（t + 0.9547）)+0.06371

结果和讨论 统计折叠周期分析法和Lomb-Scargle傅立叶变换法分析显示：太阳磁场和行星际磁场的x、y方向分量都具有13.5天和27天左右的周期。经虚警概率判断两处周期信号都为真实周期信号。而太阳磁场可能还具有9天左右的周期，对于该周期还需要进一步分析。

结 论 地球轨道面（黄道面）上行星际磁场呈扇形结构，每一扇形区域中的太阳磁场极性相同，相邻扇区的磁场极性相反。 结 论 地球轨道面（黄道面）上行星际磁场呈扇形结构，每一扇形区域中的太阳磁场极性相同，相邻扇区的磁场极性相反。 由于此扇区与太阳一起每27天转一周，所以就有27的行星际磁场周期。由于扇区的旋转，每经过大约13.5天观测点转为处在相对的扇区，会观测到同一极性的行星际磁场。所以行星际磁场有13.5天左右的周期。 对于太阳磁场的周期现象，也可以做类似的解释。

下一步工作 对太阳磁场和行星际磁场13.5天的周期信号进行过滤，从而排除其对27天周期信号的影响，进一步研究27天的周期 研究太阳磁场9天附近的周期，并进一步分析行星际磁场是否存在9天的周期信号

谢谢！