“太阳风-磁层相互作用全景成像”卫星任务概况

空间物理学是伴随着空间技术的发展而兴起的一门多学科交叉的前沿基础学科,主要研究日地空间的物理现象,其中,日地耦合问题是目前世界各国空间科学研究的核心问题之一。2014年,中国科学院(CAS)和欧洲航天局(ESA)共同发起实施了中欧联合空间科学卫星任务,致力于在任务的整个生命周期内,共同策划、征集、遴选并开展方案设计、工程研制及数据分析与利用。经过多轮遴选,"太阳风-磁层相互作用全景成像"(SMILE)卫星从多个项目建议中脱颖而出。SMILE卫星由中国和欧洲科学家共同提出,旨在大倾角、大椭圆轨道上,对向阳侧磁层顶、极尖区和地球极光进行全景成像,同时通过原位测量地磁场、等离子体,以提高人类对于太阳活动与地球磁场变化的相互关系的认知。2015年底,中欧双方各自通过决策机构的立项建议审查,启动了工程立项工作。其中,中方工程立项综合论证工作已经完成,中国科学院于2016年11月批复工程立项。     

基于对抗神经网络有限角度的磁层边界CT重构技术

对地球磁层进行软X射线成像探测是近年来磁层研究的前沿方向.由二维X射线成像图重构三维磁层边界的方法研究是与成像探测相关的重要研究课题.传统的计算机断层成像技术（CT）重构方法在图像数据很少时无法得到较好的重构结果，甚至无法重构三维结构.考虑到地球磁层空间分布范围方面的约束，当前卫星任务的轨道设计很难满足扫描角度的全方位覆盖，只能从有限角度观测磁层，这给磁层的CT重构带来困难.作为三维重构研究的基础，本文考查简化的二维磁层结构重构方法，采用基于对抗神经网络的CT技术对简化的地球磁层边界结构进行重构.首先使用改进的生成式对抗网络（GAN）对有限角度的卫星扫描图像进行图像补全，进而使用代数迭代重建方法（ART）重构磁层.实验表明，当扫描角度大于90°时，生成式对抗网络能有效准确地补全缺失图像，重构效果较好.      

电离层等效电流体系对行星际激波的响应研究

行星际激波是导致地球磁层-电离层系统发生扰动的重要原因之一,其可以通过对磁层-电离层系统电流体系的改变来影响地磁变化.本文采用全球三维磁流体力学数值模拟方法,分析了行星际激波作用下电离层等效电流体系的即时响应.模拟结果表明,在激波作用下伴随着异常场向电流对的产生,电离层在午前午后出现一对反向的等效电流涡.这对涡旋一边向极侧和夜侧运动,一边经历强度增强和减弱直至消失的过程.激波过后等效电流体系图像逐渐演化为激波下游行星际条件控制的典型图像.这个响应过程与行星际激波强度有关,激波强度越强,则反向的等效电流涡旋强度越大,寿命也就越短.      

高速太阳风条件下日侧磁层顶磁通量传输事件的全球磁流体力学模拟结果

利用全球磁流体力学模拟,研究了高速太阳风条件下日侧磁层顶的磁通量传输事件（FTE）发生率的空间分布.从模拟结果中得到了FTE信号,并且这些FTE信号的特征与观测结果基本一致.磁层顶上的10个取样点共观测到39个FTE信号.统计分析表明,越靠近翼侧则观测到的FTE信号越少.这一现象可能是磁鞘中太阳风速度分布差异导致的.