Analysis of periodicities observed in neutron monitor counting rates and its relationship with the sunspot number
- Autores: Alejandro López Comazzi
- Directores de la Tesis: Juan José Blanco Ávalos (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2023
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Ángel Hidalgo Moreno (presid.), Teresa Kurtukian Nieto (secret.), Alejandro Sáiz Rivera (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Investigación Espacial y Astrobiología por la Universidad de Alcalá
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
El objetivo de la tesis es mejorar el entendimiento de las periodicidades detectadas en las cuentas de los monitores de neutrones y su relación con la actividad solar medida a través de las manchas solares. Para este fin comparamos y seleccionamos las estaciones de monitores de neutrones de todo el mundo en base a unos índices de calidad propuestos, y construimos un monitor global llamado Global Neutron Monitor (GNM) mediante el promedio de las estaciones seleccionadas. El comportamiento de este monitor virtual representa al de la red global de monitores de neutrones NMDB. Para obtener las periodicidades en las cuentas de los monitores de neutrones aplicamos el análisis wavelet de Morlet sobre las mismas. Estamos interesados en estudiar las periodicidades en el GNM desde unos pocos días hasta ~ 2 años a lo largo de cinco ciclos solares (de 1964 a 2019). Las periodicidades encontradas en este intervalo son: ~ 13.5 días, ~ 27 días, ~ 46--64 días, ~ 79--83 días, periodicidad de Rieger (~ 134--190 días), ~ 225--309 días, ~ 1.06--1.15 años, ~ 1.31--1.40 años y ~ 1.6--2.2 años. Algunas de estas periodicidades pueden estar relacionadas con la dínamo solar y concretamente pueden deberse a ondas magnéticas de Rossby de número poloidal m=1. Por otra parte, encontramos una relación lineal inversa entre el promedio de manchas solares en cada ciclo solar y la duración del período de ~ 1.6--2.2 años detectado en las cuentas de los monitores de neutrones. Periodicidades más cortas se obtienen para ciclos solares con una mayor cantidad de manchas solares y viceversa. Esta relación empírica se explora a fondo en este trabajo, en el que se hacen estimaciones sobre la duración de la periodicidad de ~ 1.6--2.2 años en las cuentas de los monitores de neutrones a lo largo de los ciclos solares 7 a 18, anteriores a la existencia de los monitores de neutrones. Además, se hace una predicción de la duración de esta periodicidad para el ciclo solar 25 en curso. El rango de ~ 1.6--2.2 años puede explicarse asumiendo variaciones de la intensidad del campo magnético en la tacoclina junto a las ondas de Rossby. Partiendo de esta hipótesis, estimamos que un campo magnético de ~ 7--25 kG en la tacoclina solar es responsable de las periodicidades de ~ 1.6--2.2 años.
- English
The main goal of this thesis is to improve the understanding of the periodicities detected in neutron monitor counting rates and their relationship with the solar activity measured by Sunspot number. For this purpose we compared and selected neutron monitor stations from around the world based on proposed quality indices, and built a global monitor called Global Neutron Monitor (GNM) by averaging of the selected stations. The behavior of this virtual monitor represents the global network of neutron monitors. To obtain the periodicities in the neutron monitor counting rates, Morlet wavelet analysis have been applied. We are interested in studying the periodicities in GNM from a few days to ∼ 2 years throughout five solar cycles (from 1964 to 2019). The periodicities found in this interval are: ∼ 13.5 days, ∼ 27 days, ∼ 46–64 days, ∼ 79–83 days, Rieger-type period (∼ 134–190 days), ∼ 225–309 days, ∼ 1.06–1.15 years, ∼ 1.31–1.40 years and ∼ 1.6–2.2 years. Some of these periodicities may be related to the solar dynamo and specifically may be due to magnetic Rossby waves of poloidal number m = 1. On the other hand, we find an inverse linear relationship between the average sunspot number in each solar cycle and the duration of the ∼ 1.6–2.2 year period detected in neutron monitor counting rates. Shorter periodicities are obtained for solar cycles with a larger sunspots number and vice versa. This empirical relationship is thoroughly explored throughout this study, wherein estimations are made regarding the duration of the periodicity ranging from 1.6 to 2.2 years in neutron monitor counting rates spanning Solar Cycles 7 to 18, predating the existence of neutron monitors. Furthermore, a prediction is made regarding the duration of this periodicity for the ongoing Solar Cycle 25. The range of ∼ 1.6–2.2 years can be explained by assuming variations of the magnetic field strength in the solar tachocline along with Rossby waves. Based on this assumption, we estimate that a magnetic field of ∼ 7–25 kG in the solar tachocline is responsible for ∼ 1.6–2.2 year period.
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