Una nave espacial europea-china conjunta, SMILE está programado para su lanzamiento en 2023. Se colocará en un lugar muy inclinado, órbita elíptica alrededor de la Tierra, que lo llevará hasta 120 000 km de nuestro planeta.

Uno de sus principales objetivos será observar la conexión Sol-Tierra, particularmente las interacciones en el lado diurno de la Tierra entre el viento solar, un flujo de partículas cargadas que fluyen desde el Sol hacia el espacio interplanetario, y la magnetosfera de nuestro planeta.

La magnetosfera es una burbuja magnética invisible que protege al planeta de la incesante, pero variable, bombardeo de partículas solares, principalmente protones y electrones.

SMILE llevará cuatro instrumentos para observar este campo de batalla celestial en constante cambio:un analizador de iones ligeros, un magnetómetro, un generador de imágenes de rayos X suave, y un generador de imágenes de auroras ultravioleta.

El generador de imágenes de rayos X suave, que está diseñado para detectar y obtener imágenes de rayos X de baja energía, Observará las regiones exteriores de la magnetosfera de la Tierra durante hasta 40 horas por órbita.

Estas regiones incluyen la magnetosheath, que se encuentra detrás del arco de choque, donde el flujo de partículas de viento solar se ralentiza drásticamente, y la magnetopausa, que es el límite exterior de la magnetosfera de la Tierra.

De particular interés para los científicos que se están preparando para la misión SMILE es la densidad de átomos de hidrógeno neutros cerca de la magnetopausa. Aquí es donde la señal en rayos X de baja energía, o señal de rayos X suave, se espera que alcance su punto máximo.

Los rayos X se generan cuando las partículas altamente cargadas del viento solar chocan con los átomos de hidrógeno en el entorno magnético de la Tierra, un proceso conocido como intercambio de carga del viento solar. Cuando la densidad del hidrógeno y el flujo del viento solar son más altos que el promedio, el resultado es una emisión más intensa de rayos X suaves. En esos momentos, SMILE podrá proporcionar frecuentes, imágenes de rayos X de alta resolución y películas de la región de interacción.

Las imágenes resultantes, las primeras de su tipo, ayudarán a los científicos a comprender las interacciones a gran escala entre la magnetosfera exterior de nuestro planeta y el viento solar. Al buscar el pico de rayos X suave, SMILE rastreará el movimiento de la magnetopausa y revelará algunos de los secretos de cómo las líneas del campo magnético se rompen y se reconectan a escala global.

Para mejorar nuestra comprensión de lo que sucede cuando se produce el proceso de intercambio de carga del viento solar, científicos en Europa, China y Estados Unidos están utilizando datos de satélites como el observatorio de rayos X XMM-Newton de la ESA y el cuarteto de satélites Cluster que vuelan a través de la magnetosfera de la Tierra. Los datos les permiten estudiar las mediciones reales de rayos X suaves realizadas en el espacio cercano a la Tierra, y simular lo que probablemente observe SMILE.

En 2019, Hyunju Connor de la Universidad de Fairbanks, Alaska, NOSOTROS., y Jennifer Carter, Universidad de Leicester, REINO UNIDO, publicó un artículo en la revista AGU JGR:Space Physics, en el que investigan la densidad del hidrógeno neutro a distancias de la Tierra de aproximadamente 64 000 km, la distancia promedio de la magnetopausa subsolar, utilizando observaciones XMM-Newton en rayos X suaves.

XMM-Newton es un observatorio astrofísico diseñado para estudiar fenómenos altamente energéticos en todo el cosmos, como agujeros negros y restos de explosiones de supernovas, que brillan intensamente en los rayos X. El satélite sigue una trayectoria muy elíptica, Órbita de 48 horas alrededor de la Tierra.

Si bien los objetivos de XMM-Newton se encuentran mucho más allá de nuestro planeta, la línea de visión de sus generadores de imágenes de rayos X a veces puede pasar a través de la magnetosvaina del lado diurno de la Tierra, resultando en una emisión difusa de rayos X suaves en el primer plano de la observación.

Esta emisión suele ser considerada por los astrofísicos como un contaminante no deseado, pero brinda una oportunidad para los científicos del plasma, que han estado analizando estos datos durante muchos años, para investigar los eventos de intercambio de carga del viento solar en la magnetosfera exterior. Estos estudios ahora están demostrando su valor durante los preparativos para la misión SMILE.

En su papel Connor y Carter examinaron 103 eventos de emisión de intercambio de carga de viento solar variables en el tiempo que los astrónomos habían detectado durante casi 9 años de observaciones de rayos X XMM-Newton. Entre los 10 eventos más fuertes, Encontraron dos ocurrencias el 4 de mayo de 2003 y el 16 de octubre de 2001 para las cuales también había datos de magnetosheath disponibles de la nave espacial Cluster y el satélite japonés Geotail. así como datos de viento solar de las naves espaciales ACE y WIND de la NASA, parte de la misión OMNI.

Para estos eventos, los científicos compararon estas mediciones in situ con simulaciones generadas utilizando un modelo informático conocido como Open Geospace Global Circulation Model, o OpenGCCM, que utiliza datos de viento solar como entrada. Los datos in situ fueron cruciales para verificar la validez del modelo.

Después de confirmar una buena concordancia entre la densidad modelada y observada en la vaina magnética, los científicos pudieron determinar la densidad de partículas de hidrógeno neutro cerca de la magnetopausa. Descubrieron que la densidad neutra estimada era lo suficientemente alta como para producir fuertes señales de rayos X suaves, confirmando que SMILE debería proporcionar nuevas y emocionantes imágenes de la interacción dinámica Sol-magnetosfera.

Los científicos ahora están llevando a cabo un análisis estadístico en una muestra más amplia de datos de XMM-Newton, para lograr una caracterización más completa de las densidades de hidrógeno neutro del lado del día, teniendo en cuenta las variaciones de la actividad solar.

Mientras tanto, otro artículo de 2019 en JGR:Física espacial dirigido por Tianran Sun del Centro Nacional de Ciencias Espaciales en Beijing, Porcelana, presentó simulaciones de la emisión de rayos X suaves en la magnetopausa del lado diurno y las cúspides bajo diversas condiciones de viento solar.

Estas simulaciones están ayudando a predecir el comportamiento de una amplia gama de fenómenos relevantes para las observaciones del generador de imágenes de rayos X suaves de SMILE. como cambios en el flujo de rayos X o en la ubicación de la magnetopausa, dependiendo del flujo de viento solar entrante. En paralelo, Estos estudios también están apoyando el desarrollo de la metodología que se utilizará para reconstruir la estructura 3-D y la ubicación de la magnetopausa a partir de las imágenes 2-D que obtendrá el generador de imágenes de rayos X suave SMILE.