科研人員提出由X射線成像圖反演磁層頂位形的新方法

2020-11-29 中科院之聲

太陽風中的高價重離子和地球大氣逃逸出的中性成分碰撞，發生電荷交換（solar wind charge exchange, SWCX），從而輻射X射線。以此為原理對地球磁層進行X射線成像探測，將有望首次在大尺度上揭示太陽風-磁層相互作用的基本模式。在成像探測過程中，視線方向的X射線信號將被疊加，損失掉了一個維度上的信息，因此最終觀測到的二維圖像將無法提供視線方向的信息。然而，磁層頂是三維結構，如何通過二維圖像分析，得到三維的太陽風-磁層相互作用信息就顯得至關重要。

近日，中國科學院院士、中科院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室研究員王赤團隊的研究員孫天然，與美國阿拉斯加大學、美國新墨西哥理工大學、英國萊斯特大學的學者合作，提出由二維X射線成像圖反演三維磁層頂位形的新方法——切向擬合法（Tangent Fitting Approach，TFA），並對磁層頂反演方法「兵器庫」中的四種現有的反演方法進行對比。TFA方法首先通過分析X射線成像圖，得出X射線信號的極大值方向，以此作為真實磁層頂的切線方向；然後，通過含可變參數的磁層頂模型獲得一系列磁層頂位形，針對各種可能位形計算切線方向，找到與真實切線方向最佳匹配的磁層頂位形，以此作為三維磁層頂的反演結果。該方法具有計算速度快、準確度高等特點，並且可以實現由單幅X射線圖像反演磁層頂位形，適用於磁暴期等太陽風條件迅速變化的情況。磁層頂反演方法「兵器庫」如下圖所示，包括切向擬合法（TFA）、邊界擬合法（BFA）、切線方向法（TDA）和計算機斷層成像分析法（CTA）四種反演方法。

該研究將為中歐聯合空間科學衛星計劃SMILE的科學應用系統軟體研發及衛星後期科學產出奠定基礎。相關研究成果發表在Journal of Geophysical Research上。

磁層頂反演方法「兵器庫」

來源：中國科學院國家空間科學中心

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