图1： 蒙德 (1904) 发表的第一张蝴蝶图显示了 1877 年至 1902 年间两个太阳周期内检测到的所有太阳黑子 (x 轴) 相对于太阳赤道 (虚线水平线) 的纬度位置 (y 轴)。
太阳蝴蝶翅膀的拍打声。
Alessandro Bemporad
蝴蝶图是天文学家爱德华·沃尔特·蒙德在1904年的一篇论文中创建的一种图形表示，用于直观地展示太阳黑子随时间和纬度的变化。蒙德绘制了两个太阳周期（每个周期约持续11年）内太阳黑子的位置，并指出它们在新周期开始时出现在较高的纬度地区，然后随着周期的推进向赤道移动，在蝴蝶图上形成了一种类似于两个镜像蝴蝶翅膀的特征图案。蝴蝶图的重要性远不止简单地追踪太阳黑子：得益于其光球磁图的纵向平均值，它揭示了太阳活动周期中径向磁场的演变。这不仅突显了活动区域及其磁场的赤道迁移，还突显了磁通量的极地移动，这导致了太阳活动周期期间极地磁场的反转。因此，该图在太阳物理学中发挥着核心作用，因为它将光球观测与全球磁场的动态直接联系起来，为太阳发电机模型提供了基础支持，并丰富了我们对太阳磁场产生和传输的理解。
然而，一个多世纪以来，这张地图仅用于研究太阳的一个区域：光球层。这不仅是观测到太阳黑子的区域，也是唯一可以测量流经太阳等离子体的磁场的区域。几十年来，测量光球层上方太阳大气（即日冕）中的磁场一直是一个挑战。日冕等离子体的动力学主要受磁场影响，而对磁场的了解有限一直是日冕研究的主要限制之一。为了解决这个问题，人们已经开发了许多技术，但其中一些技术只能进行非常局部的测量（例如，在太阳黑子上方——参见Shad等人，2024），并且只能在很短的时间间隔内进行测量（最多几个月——参见Yang等人，2024），这阻碍了对整个日冕进行长期（多年）的研究。
现在，得益于一项新发表的技术（Bemporad 2023），我们终于可以逐日逐年地研究日冕磁场的演变，并开始理解光球磁场"蝴蝶"如何调节日冕蝴蝶的结构。这项技术基于对日冕图像的分析（由夏威夷莫纳罗亚天文台的专用日冕仪获取），我们可以首先从中推断日冕密度的演变，然后——假设均分原理——推断日冕的引力势能和磁能。该技术在第一项研究中成功应用于 2017 年日全食期间获得的观测数据，目前已应用于超过 10 年的日冕观测，涵盖整个第 23 个太阳周期（从 1998 年末至 2008 年末），目前正在发表的一项研究中（Bemporad & Bertone 2025）。
图2： 第23个太阳周期的光球磁场蝴蝶图（左上）及其对应的日冕磁场蝴蝶图（右下）。这些图与势能外推的日冕磁场蝴蝶图（右上）和日冕密度蝴蝶图（左下）进行了比较。在每张图中，时间沿x轴流动，右侧为周期最小值（约2008年），左侧为周期最大值（约2000-2001年）。
这使得我们能够创建第一个覆盖整个太阳活动周期的日冕磁场蝴蝶图。结果表明，在太阳活动极小期，推断的日冕磁中性线位置与势能型磁场外推结果高度一致，而在太阳活动极大期，势能型磁场外推结果的有效性降低。日冕蝴蝶图揭示了在2008年太阳活动极小期附近，日冕发展出一种不对称的日冕，这与光球磁场演化中类似的不对称性不一致。 日冕磁能的演变与光球磁能既有相似之处，也有显著差异，这表明日冕结构与太阳对流层最内层区域存在联系。此外，极地地区的日冕磁场似乎存在显著差异，在太阳活动高峰期前后几乎呈负相关，但在周期的衰退期则变得可比。
这些结果为理解日冕活动周期的调控提供了一个新的框架，并为未来对太阳两极的观测提供了新的见解，这些观测结果将在未来几年由欧空局的太阳轨道飞行器任务首次获得。
欲了解更多信息，请参阅全文：A. Bemporad 和 S. Bertone，"日冕蝴蝶图"，A&A，即将出版，DOI：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202555036
