Hoewel de zonnefysica een van de meest volwassen takken van de astrofysica is, de zon confronteert onderzoekers met een groot aantal openstaande fundamentele problemen. Deze problemen omvatten de bepaling van de structuur en dynamiek van de zonneatmosfeer, de evolutie van het magnetische veld in de chromosfeer en corona, coronale verwarming, de fysica van het vrijkomen van impulsieve energie, energetische deeltjesversnelling en transport, de fysica van coronale massa-ejecties (CME's) en schokken, evenals de zonne-oorsprong van ruimteweer-stuurprogramma's.

De Square Kilometre Array (SKA) wordt de grootste radiotelescoop ooit gebouwd, gericht op het bieden van een verzamelgebied groter dan 1 km ² . Het instrument wordt in twee fasen gebouwd, bekend als SKA1 en SKA2. SKA1 komt overeen met ongeveer 10 procent van het uiteindelijke verzamelgebied, en de implementatie ervan zal in 2020 beginnen, terwijl de inbedrijfstelling naar verwachting in 2024 zal beginnen. SKA2 zal overeenkomen met het volledige definitieve systeem en de bouw ervan zal beginnen, onder voorbehoud van de prestaties van SKA1, na 2030.

De SKA1 zal bestaan ​​uit twee arrays, SKA1-LOW en SKA1-MID, die zal worden gebouwd in Australië en Zuid-Afrika, respectievelijk. De verwachte configuratie van de twee arrays wordt weergegeven in Fig. 1. De maximale basislijnen van de arrays zullen ongeveer 65 km zijn voor SKA1-LOW en ongeveer 150 km voor SKA1-MID.

De SKA1-LOW observeert van ~50 tot 350 MHz en zal ongeveer 131, 000 eenvoudige antennes die zijn opgesteld in stations met een diameter van 100 m, elk met 90 antennes met dubbele polarisatie. In elk station wordt het signaal van alle antennes in fase opgeteld, waardoor de vorming van een ''diafragma-array'' mogelijk is (zie Fig. 2, links). De afstand tussen stations zal toenemen vanaf het centrale deel van de array naar de buitenrand, daar enkele kilometers bereiken. De SKA1-MID zal observeren in het bereik van 350 MHz tot 15,3 GHz, dat zal worden verdeeld in drie frequentiebanden. De array zal 133 schalen met een diameter van 15 m bevatten (zie Fig. 2, rechts) en zal ook de 64 schalen met een diameter van 13,5 m van de MeerKAT-array bevatten.

De SKA zal twee soorten waarnemingen doen, interferometrische beeldvorming en beamforming. Alle interferometrische beeldvormingswaarnemingen zullen spectroscopisch zijn. Voor een bepaalde subarray die in de interferometrische modus werkt, Elk paar stations zal kruisgecorreleerd zijn om volledige polarisatiezichtbaarheid te bieden over de gevraagde bandbreedte en het aantal kanalen. In de ''beamforming-modus'' kan elke subarray verschillende gekoppelde array-bundels vormen en gegevens voor elke bundel afzonderlijk verwerken.

Zonnewaarnemingen met de SKA

Wetenschappers die geïnteresseerd zijn in het gebruik van de SKA voor hun onderzoek, hebben 'Wetenschappelijke Werkgroepen' (SWG's) gevormd. Een daarvan is de Solar, Heliosferisch en ionosferisch (SHI) SWG. Het heeft meer dan 60 leden uit vier continenten en 20 landen, en wordt momenteel voorgezeten door E.P. Kontar (Glasgow) en D. Oberoi (Poona). De wetenschappelijke interesses van de SHI SWG omvatten de stille zon, niet-affakkelende actieve regio's, zonnevlammen, CME's, de zonnewind, het zon-aarde systeem, en de ionosfeer. De SHI-groep heeft vastgesteld dat zowel SKA1-LOW als SKA1-MID de zon kunnen observeren, zowel in interferometrische beeldvorming als in bundelvormende modi.

Zonnefysica zal enorm profiteren van de inzet van de SKA1 omdat zijn ongekende hoekige, spectraal, en tijdelijke oplossing, evenals gevoeligheid zullen belangrijke nieuwe inzichten opleveren in veel belangrijke zonnefysica-problemen. Details over openstaande kwesties over zonne-radio-astronomie en hoe de relevante SKA-waarnemingen resultaten van transformatieve aard kunnen opleveren, worden besproken in Nindos et al. (2019). Een korte samenvatting is als volgt.

Waarnemingen van de niet-affakkelende corona zullen onderzoekers in staat stellen de structuur en evolutie ervan met ongekende details te onderzoeken. De detectie van talrijke zwakke voorbijgaande gebeurtenissen zou het afleiden van betrouwbare schattingen over hun bijdrage aan coronale verwarming in het kader van het nanoflare-model kunnen vergemakkelijken.

Een zeer belangrijk resultaat van SKA1-waarnemingen zijn de directe en indirecte metingen van het magnetische veld op hoogten die niet toegankelijk zijn voor andere instrumenten. De metingen kunnen zowel worden gebruikt voor de berekeningen van vrije magnetische energiebudgetten als voor de diagnose van het magnetische veld van actieve gebieden, uitlopende lussen, en CME's.

SKA1-waarnemingen zullen een uitgebreid overzicht geven van coherente en onsamenhangende emissies die nauw verband houden met elektronenversnelling, van gyrosynchrotron-emissie van neerslaande en gevangen elektronen in affakkelende lussen, evenals van CME's, schokken, en aanverwante verschijnselen. Deze waarnemingen hebben het potentieel om belangrijke vooruitgang te boeken bij het beantwoorden van belangrijke zonnefysicavragen over:(1) de locatie en magnetische configuratie van de elektronversnellingsplaats; (2) het (de) mechanisme(n) dat verantwoordelijk is voor de versnelling van deeltjes; (3) de flare-CME-relatie; (4) de timing en evolutie van CME's vanaf de vroege stadia van ontwikkeling tot aan de buitenste corona; (5) de oorzaken van coronale schokken, evenals de locaties en efficiëntie van elektronenversnelling door schokken; en (6) de oorsprong van SEP's.

Eindelijk, SKA1-waarnemingen zullen ook een sterke heliosferische component hebben omdat ze beperkingen kunnen opleveren voor turbulentie en golven in de zonnewind (zie Nakariakov et al. 2015, voor details).

Bovenal, zoals altijd het geval is met nieuwe instrumenten die aanzienlijk beter presteren dan hun voorgangers, is de grote kans op nieuwe ontdekkingen die nog niet kunnen worden voorspeld. Dit opwindende vooruitzicht wordt verder versterkt door de beschikbaarheid van synergetische activiteiten tussen de SKA en de nieuwe generatie zonne-instrumenten op de grond en in de ruimte.