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实验室科研人员提出由X射线成像图反演磁层顶位形的新方法

2020年11月05日 星期四 16:44:37

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(solar wind charge exchange, SWCX),从而辐射X射线。以此为原理对地球磁层进行X射线成像探测将有望首次在大尺度上揭示太阳风-磁层相互作用的基本模式。在成像探测过程中,视线方向的X射线信号将被叠加,损失掉了一个维度上的信息,因此最终观测到的二维图像将无法提供视线方向的信息。但是磁层顶是三维结构,那么如何从二维图像上分析得到三维的太阳风-磁层相互作用信息就显得至关重要。

近日,实验室王赤院士团队的孙天然研究员与美国阿拉斯加大学、新墨西哥理工大学、及英国莱斯特大学的学者合作,提出了由二维X射线成像图反演三维磁层顶位形的新方法:切向拟合法(Tangent Fitting Approach,TFA),并对磁层顶反演方法“兵器库”中的四种现有的反演方法进行了对比。TFA方法首先由X射线成像图中分析出X射线信号的极大值方向,以此作为真实磁层顶的切线方向;然后通过含可变参数的磁层顶模型获得一系列磁层顶位形,针对各种可能位形计算切线方向,找到与真实切线方向最佳匹配的磁层顶位形,以此作为三维磁层顶的反演结果。该方法具有计算速度快、准确度高等特点,并且可以实现由单幅X射线图像反演磁层顶位形,适用于太阳风条件迅速变化的情况,例如磁暴期。磁层顶反演方法“兵器库”如下图所示,包括切向拟合法(TFA)、边界拟合法(BFA),切线方向法(TDA)和计算机断层成像分析法(CTA)四种反演方法。

上述研究成果发表于Journal of Geophysical Research杂志,为中欧联合空间科学卫星计划SMILE的科学应用系统软件研发及卫星后期科学产出打下基础。

Sun, T., Wang, C., Connor, H. K., Jorgensen, A. M., & Sembay, S. (2020). Deriving the magnetopause position from the soft X-ray image by using the tangent fitting approach. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 125, e2020JA028169. https://doi.org/10.1029/2020JA028169



图1 磁层顶反演方法“兵器库”

 

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