Bien que la physique solaire soit l'une des branches les plus matures de l'astrophysique, le soleil confronte les chercheurs à un grand nombre de problèmes fondamentaux en suspens. Ces problèmes comprennent la détermination de la structure et de la dynamique de l'atmosphère solaire, l'évolution du champ magnétique dans la chromosphère et la couronne, chauffage coronal, la physique de la libération d'énergie impulsive, accélération et transport énergétique des particules, la physique des éjections de masse coronale (CME) et des chocs, ainsi que l'origine solaire des moteurs de la météo spatiale.

Le Square Kilometer Array (SKA) sera le plus grand radiotélescope jamais construit, visant à fournir une zone de collecte supérieure à 1 km ² . L'instrument sera construit en deux phases, connu sous le nom de SKA1 et SKA2. SKA1 correspondra à environ 10 pour cent de la zone de collecte finale, et son déploiement débutera en 2020 tandis que les activités de mise en service devraient démarrer en 2024. SKA2 correspondra au système final complet et sa construction commencera, sous réserve de la performance de SKA1, après 2030.

Le SKA1 sera composé de deux baies, SKA1-LOW et SKA1-MID, qui sera construit en Australie et en Afrique du Sud, respectivement. La configuration attendue des deux réseaux est présentée sur la figure 1. Les lignes de base maximales des réseaux seront d'environ 65 km pour SKA1-LOW et d'environ 150 km pour SKA1-MID.

Le SKA1-LOW observera de ~50 à 350 MHz et comprendra environ 131, 000 antennes simples qui sont disposées en stations de 100 m de diamètre hébergeant chacune 90 antennes à double polarisation. Dans chaque station, le signal de toutes les antennes sera ajouté en phase, permettant la formation d'un « réseau d'ouvertures » (voir Fig. 2, la gauche). La séparation entre les stations augmentera de la partie centrale du réseau vers son bord extérieur, y atteindre plusieurs kilomètres. Le SKA1-MID observera dans la gamme de 350 MHz à 15,3 GHz qui sera divisée en trois bandes de fréquences. Le réseau comprendra 133 paraboles de 15 m de diamètre (voir Fig. 2, à droite) et intégrera également les 64 paraboles de 13,5 m de diamètre du réseau MeerKAT.

Le SKA effectuera deux types d'observations, imagerie interférométrique et formation de faisceaux. Toutes les observations d'imagerie interférométrique seront spectroscopiques. Pour un sous-réseau donné fonctionnant en ''mode interférométrique, " chaque paire de stations sera corrélée pour fournir des visibilités de polarisation complète sur la bande passante et le nombre de canaux demandés. Dans le " mode de formation de faisceau ", chaque sous-réseau peut former plusieurs faisceaux liés et traiter les données pour chaque faisceau indépendamment.

Observations solaires avec le SKA

Les scientifiques intéressés à utiliser le SKA pour leurs recherches ont formé des « groupes de travail scientifique » (SWG). L'un d'eux est le solaire, SWG héliosphérique et ionosphérique (SHI). Elle compte plus de 60 membres de quatre continents et 20 pays, et il est actuellement présidé par E.P. Kontar (Glasgow) et D. Oberoi (Pune). Les intérêts scientifiques du SHI SWG incluent le soleil tranquille, des régions actives non évasées, éruptions solaires, CME, le vent solaire, le système Soleil-Terre, et l'ionosphère. Le groupe SHI a établi que SKA1-LOW et SKA1-MID seront capables d'observer le soleil à la fois en modes d'imagerie interférométrique et de formation de faisceau.

La physique solaire bénéficiera énormément du déploiement du SKA1 car son angle sans précédent, spectral, et la résolution temporelle, ainsi que la sensibilité fourniront de nouvelles informations importantes sur de nombreux problèmes importants de la physique solaire. Les détails sur les questions ouvertes sur la radioastronomie solaire et la façon dont les observations SKA pertinentes peuvent apporter des résultats de nature transformatrice sont discutés dans Nindos et al. (2019). Un bref résumé est le suivant.

Les observations de la couronne non évasée permettront aux chercheurs de sonder sa structure et son évolution avec des détails sans précédent. La détection de nombreux événements transitoires faibles pourrait faciliter la dérivation d'estimations fiables sur leur contribution au chauffage coronal dans le cadre du modèle de nanoflare.

Un résultat très important des observations SKA1 sera les mesures directes et indirectes du champ magnétique à des hauteurs inaccessibles par d'autres instruments. Les mesures peuvent être utilisées aussi bien pour les calculs de bilans d'énergie magnétique libre que pour le diagnostic du champ magnétique des régions actives, boucles évasées, et les CME.

Les observations de SKA1 fourniront une vue complète des émissions cohérentes et incohérentes qui sont intimement liées à l'accélération des électrons, de l'émission gyrosynchrone des électrons précipitants et piégés dans des boucles de torchage, ainsi que des CME, chocs, et phénomènes connexes. Ces observations ont le potentiel de fournir des avancées majeures pour répondre aux questions clés de la physique solaire concernant :(1) l'emplacement et la configuration magnétique du site d'accélération des électrons; (2) le(s) mécanisme(s) responsable(s) de l'accélération des particules; (3) la relation torche-CME; (4) le calendrier et l'évolution des CME depuis les premiers stades de développement jusqu'à la couronne externe ; (5) les moteurs des chocs coronaux ainsi que les emplacements et l'efficacité de l'accélération des électrons par les chocs ; et (6) l'origine des PES.

Finalement, Les observations SKA1 auront également une forte composante héliosphérique car elles pourraient fournir des contraintes sur les turbulences et les vagues dans le vent solaire (voir Nakariakov et al. 2015, pour les détails).

Par dessus tout, comme c'est toujours le cas avec les nouveaux instruments qui surpassent leurs prédécesseurs de manière significative, est la forte probabilité de nouvelles découvertes qui ne peuvent pas encore être prédites. Cette perspective passionnante est encore renforcée par la disponibilité d'activités synergiques entre le SKA et la nouvelle génération d'instruments solaires au sol et spatiaux.