Un vaisseau spatial européen-chinois, SMILE est actuellement prévu pour le lancement en 2023. Il sera placé dans un endroit très incliné, orbite elliptique autour de la Terre, qui la mènera jusqu'à 120 000 km de notre planète.

L'un de ses principaux objectifs sera d'observer la connexion Soleil-Terre, en particulier les interactions du côté de la Terre entre le vent solaire – un flux de particules chargées s'écoulant du Soleil dans l'espace interplanétaire – et la magnétosphère de notre planète.

La magnétosphère est une bulle magnétique invisible qui protège la planète du non-stop, mais variable, bombardement de particules solaires, principalement des protons et des électrons.

SMILE emportera quatre instruments pour observer ce champ de bataille céleste en constante évolution :un analyseur d'ions légers, un magnétomètre, un imageur à rayons X doux, et un imageur d'aurore ultraviolet.

L'imageur à rayons X doux, qui est conçu pour détecter et imager les rayons X de faible énergie, observera les régions extérieures de la magnétosphère terrestre jusqu'à 40 heures par orbite.

Ces régions comprennent la magnétogaine, qui se trouve derrière l'amortisseur d'étrave, où le flux de particules de vent solaire est considérablement ralenti, et la magnétopause, qui est la limite extérieure de la magnétosphère terrestre.

La densité d'atomes d'hydrogène neutres à proximité de la magnétopause est particulièrement intéressante pour les scientifiques qui se préparent pour la mission SMILE. C'est là que le signal aux rayons X de faible énergie, ou signal de rayons X doux, devrait atteindre son apogée.

Les rayons X sont générés lorsque des particules hautement chargées du vent solaire entrent en collision avec des atomes d'hydrogène dans l'environnement magnétique de la Terre, un processus connu sous le nom d'échange de charge du vent solaire. Lorsque la densité d'hydrogène et le flux de vent solaire sont supérieurs à la moyenne, le résultat est une émission plus forte de rayons X mous. À de tels moments, SMILE sera en mesure de fournir fréquemment, images radiographiques à haute résolution et films de la région d'interaction.

Les images résultantes, les premières du genre, aideront les scientifiques à comprendre les interactions à grande échelle entre la magnétosphère externe de notre planète et le vent solaire. En recherchant le pic des rayons X mous, SMILE retracera le mouvement de la magnétopause et révélera certains des secrets de la façon dont les lignes de champ magnétique se cassent et se reconnectent à l'échelle mondiale.

Afin d'améliorer notre compréhension de ce qui se passe lorsque le processus d'échange de charge du vent solaire se produit, scientifiques en Europe, La Chine et les États-Unis utilisent les données de satellites tels que l'observatoire à rayons X XMM-Newton de l'ESA et le quatuor de satellites Cluster survolant la magnétosphère terrestre. Les données leur permettent d'étudier les mesures réelles de rayons X mous effectuées dans l'espace proche de la Terre, et de simuler ce que SMILE est susceptible d'observer.

En 2019, Hyunju Connor de l'Université de Fairbanks, Alaska, NOUS., et Jennifer Carter, Université de Leicester, ROYAUME-UNI, a publié un article dans la revue AGU JGR :Space Physics, dans lequel ils étudient la densité d'hydrogène neutre à des distances de la Terre d'environ 64 000 km – la distance moyenne de la magnétopause subsolaire – à l'aide d'observations XMM-Newton en rayons X mous.

XMM-Newton est un observatoire d'astrophysique conçu pour étudier les phénomènes hautement énergétiques à travers le cosmos, tels que les trous noirs et les restes d'explosions de supernova, qui brillent aux rayons X. Le satellite suit une trajectoire hautement elliptique, Orbite de 48 heures autour de la Terre.

Alors que les cibles de XMM-Newton se situent bien au-delà de notre planète, la ligne de mire de ses imageurs à rayons X peut parfois traverser la magnétogaine terrestre de jour, résultant en une émission diffuse de rayons X mous au premier plan de l'observation.

Cette émission est généralement considérée comme un contaminant indésirable par les astrophysiciens, mais il offre une opportunité aux scientifiques du plasma, qui analysent ces données depuis de nombreuses années, pour étudier les événements d'échange de charge du vent solaire dans la magnétosphère externe. Ces études s'avèrent aujourd'hui utiles lors de la préparation de la mission SMILE.

Dans leur papier, Connor et Carter ont examiné 103 événements d'émission d'échange de charge de vent solaire variables dans le temps que les astronomes avaient détectés pendant près de 9 ans d'observations XMM-Newton aux rayons X. Parmi les 10 événements les plus forts, ils ont trouvé deux occurrences le 4 mai 2003 et le 16 octobre 2001 pour lesquelles il y avait également des données de magnétogaine disponibles à partir du vaisseau spatial Cluster et du satellite japonais Geotail, ainsi que des données sur le vent solaire des vaisseaux spatiaux ACE et WIND de la NASA, partie de la mission OMNI.

Pour ces événements, les scientifiques ont comparé ces mesures in situ avec des simulations générées à l'aide d'un modèle informatique connu sous le nom d'Open Geospace Global Circulation Model, ou OpenGCCM, qui utilise les données du vent solaire comme entrée. Les données in situ étaient cruciales pour vérifier la validité du modèle.

Après avoir confirmé un bon accord entre la densité modélisée et observée dans la magnétogaine, les scientifiques ont pu déterminer la densité de particules d'hydrogène neutres à proximité de la magnétopause. Ils ont constaté que la densité neutre estimée était suffisamment élevée pour produire de puissants signaux de rayons X mous, confirmant que SMILE devrait fournir de nouvelles images passionnantes de l'interaction dynamique Soleil-magnétosphère.

Les scientifiques effectuent maintenant une analyse statistique sur un échantillon plus large de données XMM-Newton, afin d'obtenir une caractérisation plus complète des densités diurnes d'hydrogène neutre, en tenant compte des variations de l'activité solaire.

Pendant ce temps, un autre article de 2019 dans JGR:Space Physics dirigé par Tianran Sun du National Space Science Center de Pékin, Chine, ont présenté des simulations de l'émission de rayons X mous sur la magnétopause diurne et les cuspides sous diverses conditions de vent solaire.

Ces simulations aident à prédire le comportement d'un large éventail de phénomènes pertinents pour les observations des imageurs à rayons X mous de SMILE, tels que des changements dans le flux de rayons X ou dans l'emplacement de la magnétopause, en fonction du flux de vent solaire entrant. En parallèle, ces études soutiennent également le développement de la méthodologie qui sera utilisée pour reconstruire la structure 3D et l'emplacement de la magnétopause à partir des images 2D que l'imageur à rayons X mous SMILE obtiendra.