Även om solfysik är en av de mest mogna grenarna av astrofysik, solen ställer forskare inför ett stort antal utestående grundläggande problem. Dessa problem inkluderar bestämningen av strukturen och dynamiken i solatmosfären, magnetfältets utveckling i kromosfären och korona, koronal uppvärmning, fysiken för impulsiv energifrisättning, energisk partikelacceleration och transport, fysiken för coronal mass ejections (CME) och chocker, samt rymdväderdrivarnas soluppkomst.

Square Kilometer Array (SKA) kommer att bli det största radioteleskop som någonsin byggts, som syftar till att ge uppsamlingsområde större än 1 km ² . Instrumentet kommer att byggas i två faser, känd som SKA1 och SKA2. SKA1 kommer att motsvara cirka 10 procent av den slutliga uppsamlingsytan, och dess utbyggnad kommer att starta 2020 medan driftsättningsaktiviteter förväntas starta 2024. SKA2 kommer att motsvara det fullständiga slutliga systemet och dess konstruktion kommer att starta, beroende på prestanda för SKA1, efter 2030.

SKA1 kommer att bestå av två arrayer, SKA1-LOW och SKA1-MID, som kommer att byggas i Australien och Sydafrika, respektive. Den förväntade konfigurationen av de två arrayerna presenteras i Fig. 1. De maximala baslinjerna för arrayerna kommer att vara cirka 65 km för SKA1-LOW och cirka 150 km för SKA1-MID.

SKA1-LOW kommer att observera från ~50 till 350 MHz och kommer att inkludera cirka 131, 000 enkla antenner som är anordnade i stationer med en diameter på 100 m som var och en har 90 dubbelpolarisationsantenner. I varje station kommer signalen från alla antenner att läggas till i fas, som tillåter bildandet av en "bländaruppsättning" (se fig. 2, vänster). Avståndet mellan stationerna kommer att öka från den centrala delen av arrayen mot dess yttre kant, nå flera kilometer dit. SKA1-MID kommer att observera i området från 350 MHz till 15,3 GHz som kommer att delas in i tre frekvensband. Arrayen kommer att innehålla 133 tallrikar med 15 m diameter (se fig. 2, höger) och kommer även att inkludera de 64 13,5-m-diametersskålarna i MeerKAT-arrayen.

SKA kommer att genomföra två typer av observationer, interferometrisk avbildning och strålformning. Alla interferometriska bildobservationer kommer att vara spektroskopiska. För en given subarray som arbetar i ''interferometriskt läge, "Varje par av stationer kommer att korskorreleras för att ge full-polarisationssynlighet över den begärda bandbredden och antalet kanaler. I "beamforming-moden" kan varje subarray bilda flera bundna-array-strålar och bearbeta data för varje stråle oberoende.

Solobservationer med SKA

Forskare som är intresserade av att använda SKA för sin forskning har bildat "Science Working Groups" (SWG). En av dem är Solar, Heliosfärisk och jonosfärisk (SHI) SWG. Det har mer än 60 medlemmar från fyra kontinenter och 20 länder, och det leds för närvarande av E.P. Kontar (Glasgow) och D. Oberoi (Pune). De vetenskapliga intressena för SHI SWG inkluderar den tysta solen, aktiva områden som inte blossar ut, solstormar, CME, solvinden, sol-jord-systemet, och jonosfären. SHI-gruppen har fastställt att både SKA1-LOW och SKA1-MID kommer att kunna observera solen både i interferometrisk avbildning och strålformningslägen.

Solfysik kommer att dra oerhört nytta av utplaceringen av SKA1 eftersom dess oöverträffade vinkel, spektral, och tidsmässig upplösning, såväl som känslighet kommer att ge stora nya insikter i många viktiga solfysiska problem. Detaljer om öppna frågor om solradioastonomi och hur relevanta SKA-observationer kan ge resultat av transformativ natur diskuteras i Nindos et al. (2019). En kort sammanfattning är följande.

Observationer av den icke-utblossande koronan kommer att tillåta forskare att undersöka dess struktur och utveckling med oöverträffade detaljer. Detekteringen av många svaga övergående händelser kan underlätta härledningen av tillförlitliga uppskattningar om deras bidrag till koronal uppvärmning inom ramen för nanoflare-modellen.

Ett mycket viktigt resultat av SKA1-observationer kommer att vara de direkta och indirekta mätningarna av magnetfältet på höjder som inte är tillgängliga för andra instrument. Mätningarna kan användas både för beräkningar av fria magnetiska energibudgetar såväl som för diagnos av magnetfältet i aktiva regioner, utvidgade öglor, och CME.

SKA1-observationer kommer att ge en heltäckande bild av koherenta och inkoherenta emissioner som är intimt relaterade till elektronacceleration, av gyrosynkrotronemission från utfällande och fångade elektroner i utvidgningsslingor, såväl som av CME, stötar, och relaterade fenomen. Dessa observationer har potential att ge stora framsteg mot att ta itu med viktiga solfysiska frågor om:(1) platsen och den magnetiska konfigurationen av elektronaccelerationsplatsen; (2) mekanismen/mekanismerna som ansvarar för partikelacceleration; (3) flare-CME-förhållandet; (4) tidpunkten och utvecklingen av CME från de tidiga utvecklingsstadierna ända till den yttre koronan; (5) orsakerna till koronala chocker samt placeringen och effektiviteten av elektronacceleration genom chocker; och (6) ursprunget till SEP.

Till sist, SKA1-observationer kommer också att ha en stark heliosfärisk komponent eftersom de kan ge begränsningar för turbulens och vågor i solvinden (se Nakariakov et al. 2015, för detaljer).

Framför allt, som alltid är fallet med nya instrument som på betydande sätt överträffar sina föregångare, är den höga sannolikheten för nya upptäckter som ännu inte kan förutsägas. Denna spännande utsikt förstärks ytterligare av tillgången på synergistiska aktiviteter mellan SKA och den nya generationen markbaserade och rymdburna solinstrument.