虽然太阳物理学是天体物理学中最成熟的分支之一，但太阳仍然面临着许多突出的基本问题。这些问题包括确定太阳大气的结构和动力学、色球和日冕的磁场演化、日冕加热、脉冲能量释放的物理、高能粒子加速和输运、日冕物质抛射(CMEs)和冲击的物理以及空间天气驱动因素的太阳起源。平方公里阵列(SKA)将是有史以来最大的射电望远镜阵列，旨在提供超过1平方公里的收集面积，该仪器将分两个阶段建造，即SKA1和SKA2。

SKA1将相当于最终采集区的10%左右，部署将于2020年开始，而调试预计将于2024年开始。SKA2将与整个最终系统相对应，其建设将在2030年后开始，视SKA1的性能而定。SKA1将由两个阵列组成，分别在澳大利亚和南非建造SKA1- low和SKA1- mid。两个阵列的期望结构如图上襦所示，阵列的最大基线为SKA1-LOW约65公里，SKA1-MID约150公里。SKA1-LOW将从~50 MHz到350 MHz进行观测，并将包括约13.1万套简单的天线。

这些天线被安置在直径100米的基站上，每个基站拥有90套双偏振天线。在每个基站中，所有天线的信号都将按相位相加，形成一个“孔径阵列”。站与站之间的距离将从阵列中央向外边缘增加，达到数公里。该SKA1-MID将在350兆赫至15.3兆赫的范围内进行观测，并将其分为三个频段。该阵列将包括133个直径为15米的信号接收器，并将包括64个直径为13.5米的信号接收器。SKA将进行干涉成像和波束形成两种观测，所有干涉成像观测都将采用光谱法。

利用SKA进行太阳观测

对于在“干涉模式”下工作的给定子阵列，每对基站将互相关联，以在要求的带宽和信道数上提供全极化可见性。在“波束形成模式”下，每个子阵列可以形成多个并列阵列波束，并独立处理每个波束的数据。有兴趣使用SKA进行研究的科学家们已经成立了“科学工作组”(SWGs)。其中之一是太阳、日球和电离层(SHI) SWG，研究小组有来自四大洲和20个国家的60多名成员，目前由E.P. Kontar(格拉斯哥)和D. Oberoi(浦那)担任主席。

科学工作组的科学兴趣包括平静的太阳、活动区域、太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳风、日地系统和电离层。SHI团队已经确定，SKA1-LOW和SKA1-MID都将能够在干涉成像和波束形成模式下观测太阳。SKA1的部署将极大地受益于太阳物理，因为它前所未有的角度、光谱和时间分辨率，以及灵敏度将为许多重要的太阳物理问题提供重要新见解。Nindos等人(2019)讨论了关于太阳射电学公开问题的细节，以及相关的SKA观测如何能带来革命性的结果。

对日冕等的观测将使研究人员能够以前所未有的细节探索其结构和演化。在纳米耀斑模型的框架下，对许多弱瞬态事件的探测可以促进对它们对日冕加热的贡献作出可靠的估计。SKA1观测的一个非常重要结果将是：在其他仪器无法到达的高度直接和间接测量磁场。这些测量结果既可用于自由磁能预估计算，也可用于有源区、日冕物质抛射磁场的评估。SKA1的观测将提供一个与电子加速密切相关的相干和非相干发射的综合视图，以及在扩环中由沉淀和捕获电子产生的陀螺同步辐射，以及日冕物质抛射、冲击和相关现象。

这些观测有可能为解决关键的太阳物理学问题提供重大进展：

(1)电子加速位点的位置和磁构型

(2)粒子加速的机制

(3) flam - cme关系

(4) 日冕物质抛射从早期发展到外冕的时间和演化过程

(5)日冕激波驱动因素以及电子激波加速的位置和效率

(6) SEPs的起源

最后，SKA1观测也会有很强的日球分量，因为它们可以限制太阳风中的湍流和波浪(Nakariakov et al. 2015)。最重要的是，正如新仪器在许多方面都比它们的前辈更胜一筹一样，新发现尚无法预测的可能性很高。SKA与新一代陆基和星载太阳能仪器之间的协同观测，可进一步促进这一令人兴奋的前景。

博科园｜研究/来自：欧洲太阳射电天文学家社区

参考期刊《太空研究进展》

DOI: 10.1016/j.asr.2018.10.023

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