Un'astronave europea-cinese congiunta, SMILE è attualmente previsto per il lancio nel 2023. Sarà collocato in un luogo molto inclinato, orbita ellittica intorno alla Terra, che lo porterà fino a 120 000 km dal nostro pianeta.

Uno dei suoi obiettivi primari sarà osservare la connessione Sole-Terra, in particolare le interazioni sul lato diurno della Terra tra il vento solare, un flusso di particelle cariche che fluisce dal Sole nello spazio interplanetario, e la magnetosfera del nostro pianeta.

La magnetosfera è una bolla magnetica invisibile che protegge il pianeta dal non-stop, ma variabile, bombardamento di particelle solari, principalmente protoni ed elettroni.

SMILE trasporterà quattro strumenti per osservare questo campo di battaglia celeste in continua evoluzione:un analizzatore di ioni leggeri, un magnetometro, una radiografia morbida, e un imager aurora ultravioletta.

L'imager a raggi X molli, che è progettato per rilevare e visualizzare i raggi X a bassa energia, osserverà le regioni esterne della magnetosfera terrestre fino a 40 ore per orbita.

Queste regioni includono la magnetoguaina, che sta dietro l'urto di prua, dove il flusso delle particelle del vento solare è drammaticamente rallentato, e la magnetopausa, che è il confine esterno della magnetosfera terrestre.

Di particolare interesse per gli scienziati che si stanno preparando per la missione SMILE è la densità degli atomi di idrogeno neutri vicino alla magnetopausa. Qui è dove il segnale ai raggi X a bassa energia, o segnale a raggi X molli, dovrebbe raggiungere il suo apice.

I raggi X vengono generati quando le particelle altamente cariche del vento solare si scontrano con gli atomi di idrogeno nell'ambiente magnetico terrestre, un processo noto come scambio di carica del vento solare. Quando la densità dell'idrogeno e il flusso del vento solare sono superiori alla media, il risultato è una maggiore emissione di raggi X molli. In tali momenti, SMILE sarà in grado di fornire frequenti, immagini e filmati a raggi X ad alta risoluzione della regione di interazione.

Le immagini risultanti, le prime nel loro genere, aiuteranno gli scienziati a comprendere le interazioni su larga scala tra la magnetosfera esterna del nostro pianeta e il vento solare. Cercando il picco dei raggi X molli, SMILE traccerà il movimento della magnetopausa e rivelerà alcuni dei segreti di come le linee del campo magnetico si spezzano e si riconnettono su scala globale.

Al fine di migliorare la nostra comprensione di ciò che accade quando si verifica il processo di scambio della carica del vento solare, scienziati in Europa, La Cina e gli Stati Uniti stanno utilizzando dati provenienti da satelliti come l'osservatorio a raggi X XMM-Newton dell'ESA e il quartetto di satelliti Cluster che volano attraverso la magnetosfera terrestre. I dati consentono loro di studiare misurazioni reali dei raggi X molli effettuate nello spazio vicino alla Terra, e per simulare ciò che è probabile che SMILE osservi.

Nel 2019, Hyunju Connor dell'Università di Fairbanks, Alaska, NOI., e Jennifer Carter, Università di Leicester, UK, ha pubblicato un articolo sulla rivista AGU JGR:Space Physics, in cui studiano la densità dell'idrogeno neutro a distanze dalla Terra di circa 64 000 km, la distanza media della magnetopausa subsolare, utilizzando osservazioni XMM-Newton nei raggi X molli.

XMM-Newton è un osservatorio astrofisico progettato per studiare fenomeni altamente energetici in tutto il cosmo, come buchi neri e resti di esplosioni di supernova, che brillano ai raggi X. Il satellite segue un percorso altamente ellittico, Orbita di 48 ore intorno alla Terra.

Mentre gli obiettivi di XMM-Newton si trovano ben oltre il nostro pianeta, la linea di vista dei suoi imager a raggi X può talvolta passare attraverso la magnetoguaina diurna della Terra, con conseguente emissione diffusa di raggi X molli in primo piano nell'osservazione.

Questa emissione è generalmente considerata come un contaminante indesiderato dagli astrofisici, ma offre un'opportunità per gli scienziati del plasma, che da molti anni analizzano questi dati, per studiare gli eventi di scambio di carica del vento solare nella magnetosfera esterna. Questi studi si stanno ora rivelando utili durante i preparativi per la missione SMILE.

Nella loro carta, Connor e Carter hanno esaminato 103 eventi di emissione di scambio di carica del vento solare variabile nel tempo che gli astronomi avevano rilevato durante quasi 9 anni di osservazioni XMM-Newton a raggi X. Tra i primi 10 eventi più forti, hanno trovato due eventi il ​​4 maggio 2003 e il 16 ottobre 2001 per i quali c'erano anche dati sulla magnetoguaina disponibili dal veicolo spaziale Cluster e dal satellite giapponese Geotail, così come i dati sul vento solare dei veicoli spaziali ACE e WIND della NASA, parte della missione OMNI.

Per questi eventi, gli scienziati hanno confrontato queste misurazioni in situ con simulazioni generate utilizzando un modello informatico noto come Open Geospace Global Circulation Model, o OpenGCCM, che utilizza i dati del vento solare come input. I dati in situ sono stati fondamentali per verificare la validità del modello.

Dopo aver confermato un buon accordo tra la densità modellata e osservata nella magnetoguaina, gli scienziati sono stati in grado di determinare la densità delle particelle di idrogeno neutro vicino alla magnetopausa. Hanno scoperto che la densità neutra stimata era abbastanza alta da produrre forti segnali di raggi X molli, confermando che SMILE dovrebbe fornire nuove entusiasmanti immagini dell'interazione dinamica Sole-magnetosfera.

Gli scienziati stanno ora effettuando analisi statistiche su un campione più ampio di dati XMM-Newton, al fine di ottenere una caratterizzazione più completa delle densità di idrogeno neutre diurne, tenendo conto delle variazioni dell'attività solare.

Nel frattempo, un altro documento del 2019 in JGR:Space Physics guidato da Tianran Sun del National Space Science Center di Pechino, Cina, hanno presentato simulazioni dell'emissione di raggi X molli sulla magnetopausa diurna e sulle cuspidi in varie condizioni di vento solare.

Queste simulazioni stanno aiutando a prevedere il comportamento di un'ampia gamma di fenomeni rilevanti per le osservazioni del soft X-ray imager di SMILE, come cambiamenti nel flusso di raggi X o nella posizione della magnetopausa, a seconda del flusso del vento solare in arrivo. In parallelo, questi studi stanno anche supportando lo sviluppo della metodologia che verrà utilizzata per ricostruire la struttura 3-D e la posizione della magnetopausa dalle immagini 2-D che otterrà il soft X-ray imager SMILE.