空间中心科研人员在动态磁层结构X射线图像估计研究中取得进展

太阳风与地磁层的相互作用观测是空间天气监测的关键。即将发射的“太阳风-磁层相互作用全景成像（SMILE）”和“月球环境日光层X射线成像仪（LEXI）”任务，均搭载了软X射线成像仪（SXI），将对地球磁层进行全面的全球成像。这些任务的目标是更深入地解析地磁层对太阳风扰动的动态响应。然而，短时X射线成像受制于宇宙X射线背景和泊松噪声影响，信噪比（SNR）较低，难以提供清晰的磁层结构细节。而长时间积分的X射线成像尽管可以提供较高的信噪比，却无法捕捉到积分时间内的磁层快速动态变化。

图1 从航天器（或月球）观测位置变化的观测几何以及磁鞘状态的变化示意图

近日，中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室李大林副研究员团队联合太阳活动与空间天气重点实验室的孙天然研究员团队，提出了一种基于OMNI太阳风参数和SXI模拟观测的自适应X射线动态图像估计方法。研究成果发表于空间科学领域期刊《Space Weather》上，第一作者是中国科学院国家空间科学中心博士研究生王荣聪，通讯作者是李大林副研究员，孙天然研究员。

该方法依托高时间分辨率的OMNI太阳风数据及低时间分辨率的软X射线模拟图像，以自适应X射线图像估计器（AXDI-Estimator）和时空判别器（ST-Discriminator）为核心，推断出高时间分辨率的磁层动态X射线图像。更为重要的是，该方法具备灵活的时间间隔适应能力（>3分钟），能够满足多样化的任务需求。

图2 自适应动态X射线图像估计过程

实验结果显示，该方法在峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）等关键指标上远超传统的线性插值和光流插值方法，显著提升了图像质量。，同时在图像估计的一致性上具有极高的灵活性，能够支持任意时间间隔的动态磁层图像估计任务，显示出广泛的应用前景。

图3 自适应动态X射线图像估计结果

本项研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项及中国科学院国家空间科学中心攀登计划的资助支持。该成果为未来软X射线观测技术下的磁层动态估计提供了新视角和重要借鉴。

文章链接

Wang,R.C., Jorgensen, A. M., Li,D., Sun, T., Yang, Z., & Peng, X. (2024). An adaptive X‐ray dynamic image estimation method based on OMNI solar wind parameters and SXI simulated observations. Space Weather, 22, e2024SW004040. https://doi.org/10.1029/ 2024SW004040.

 http://dx.doi.org/10.1029/2024SW004040

（供稿：系统室）