太阳风中的高价重离子和地球大气逃逸出的中性成分碰撞，发生电荷交换，处于激发态的离子向基态跃迁产生软X射线光子。在磁鞘和极尖区，X射线辐射率较高，从而可以利用X射线望远镜对地球磁层顶进行X射线成像，这也是SMILE卫星的主要观测原理。
近日，实验室孙天然副研究员、王赤研究员、戴磊研究员、徐荣栏研究员等与新墨西哥理工大学Anders Jorgensen副教授合作，在X射线成像模拟及三维磁层顶位形反演方面取得系列进展。基于PPMLR-MHD模型的模拟，以SMILE卫星备选轨道上的特定观测点为例，Sun et al., [2019] 给出了不同太阳风条件下的磁层顶和极尖区X射线成像图。并且由成像图出发，分析了磁层顶和极尖区对太阳风条件变化的响应。从模拟上确认了X射线成像是研究磁层顶和极尖区大尺度结构的重要观测手段。Jorgensen et al., [2019a, b] 提出了一种由二维X射线成像图到三维磁层顶位形的反演方法，分析了光子计数率及卫星轨道位置对该方法的影响，数值拟合噪声对最终结果的影响等，给出了磁层顶位形反演的初步研究结果。上述系列研究成果发表于Journal of Geophysical Research杂志。
图1. 地球磁层X射线成像模拟图
Sun, T. R., Wang, C., Sembay, S. F., Lopez, R. E., Escoubet, C. P., Branduardi-Raymont, G., et al. (2019). Soft X-ray imaging of the magnetosheath and cusps under different solar wind conditions: MHD simulations. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124.
https://doi.org/10.1029/2018JA026093
Jorgensen, A. M. , T. R. Sun, C. Wang, L. Dai, S. Sembay, F. Wei, Y. H. Guo, R. L. Xu, (2019a), Boundary Detection in Three Dimensions With Application to the SMILE Mission: the Effect of Photon Noise, J. Geophys. Res. Space Physics, in production, DOI: 10.1029/2018JA025919
Jorgensen, A. M., T. R. Sun, C. Wang, L. Dai, S. Sembay, J. H. Zheng, X. Z. Yu, (2019b), Boundary Detection in Three Dimensions With Application to the SMILE Mission: the Effect of Model-fitting Noise, J. Geophys. Res. Space Physics, https://doi.org/10.1029/2017JA025174