Un coronógrafo es un accesorio telescópico diseñado para bloquear la luz directa de una estrella u otro objeto brillante, de modo que se puedan detectar los objetos cercanos, que de otro modo quedarían ocultos bajo el brillante resplandor del objeto . La mayoría de los coronógrafos están destinados a observar la corona del Sol , pero se está utilizando una nueva clase de instrumentos conceptualmente similares (llamados coronógrafos estelares para distinguirlos de los coronógrafos solares ) para encontrar planetas extrasolares y discos circunestelares alrededor de estrellas cercanas, así como galaxias anfitrionas en cuásares y otros objetos similares con núcleos galácticos activos (AGN).
El coronógrafo fue introducido en 1931 por el astrónomo francés Bernard Lyot ; Desde entonces, los coronógrafos se han utilizado en muchos observatorios solares . Los coronógrafos que operan dentro de la atmósfera de la Tierra sufren de luz dispersa en el cielo mismo, debido principalmente a la dispersión Rayleigh de la luz solar en la atmósfera superior. En ángulos de visión cercanos al Sol, el cielo es mucho más brillante que la corona de fondo, incluso en sitios de gran altitud en días claros y secos. Los coronógrafos terrestres, como el coronógrafo Mark IV del Observatorio de Gran Altitud en la cima de Mauna Loa , utilizan la polarización para distinguir el brillo del cielo de la imagen de la corona: tanto la luz coronal como el brillo del cielo son luz solar dispersa y tienen propiedades espectrales similares. pero la luz coronal está dispersada por Thomson en casi un ángulo recto y, por lo tanto, sufre una polarización de dispersión , mientras que la luz superpuesta del cielo cerca del Sol se dispersa solo en un ángulo de mirada y, por lo tanto, permanece casi sin polarizar.
Los instrumentos coronógrafos son ejemplos extremos de rechazo de luz parásita y fotometría precisa porque el brillo total de la corona solar es menos de una millonésima parte del brillo del Sol. El brillo aparente de la superficie es aún más tenue porque, además de emitir menos luz total, la corona tiene un tamaño aparente mucho mayor que el propio Sol.
Durante un eclipse solar total , la Luna actúa como un disco de oclusión y cualquier cámara en la trayectoria del eclipse puede funcionar como coronógrafo hasta que finaliza el eclipse. Más común es una disposición en la que se visualiza el cielo en un plano focal intermedio que contiene un punto opaco; este plano focal se vuelve a reflejar en un detector. Otra solución consiste en visualizar el cielo en un espejo con un pequeño agujero: la luz deseada se refleja y finalmente se vuelve a crear la imagen, pero la luz no deseada de la estrella atraviesa el agujero y no llega al detector. De cualquier manera, el diseño del instrumento debe tener en cuenta la dispersión y la difracción para garantizar que llegue la menor cantidad posible de luz no deseada al detector final. El invento clave de Lyot fue una disposición de lentes con topes, conocidos como topes de Lyot , y deflectores de manera que la luz dispersada por difracción se enfocaba en los topes y deflectores, donde podía ser absorbida, mientras que la luz necesaria para una imagen útil los pasaba por alto. [1]
Como ejemplos, los instrumentos de imágenes del Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb ofrecen capacidad coronagráfica.
Un coronógrafo de banda limitada utiliza un tipo especial de máscara llamada máscara de banda limitada . [2] Esta máscara está diseñada para bloquear la luz y también controlar los efectos de difracción causados por la eliminación de la luz. El coronógrafo de banda limitada ha servido como diseño de base para el coronógrafo cancelado del Terrestrial Planet Finder . Las máscaras de banda limitada también estarán disponibles en el Telescopio Espacial James Webb .
Un coronógrafo con máscara de fase (como el llamado coronógrafo con máscara de fase de cuatro cuadrantes) utiliza una máscara transparente para cambiar la fase de la luz estelar con el fin de crear una interferencia autodestructiva, en lugar de un simple disco opaco para bloquear. él.
Un coronógrafo de vórtice óptico utiliza una máscara de fase en la que el cambio de fase varía azimutalmente alrededor del centro. Existen varias variedades de coronógrafos ópticos de vórtice:
Esto funciona con otras estrellas además del Sol, porque están tan lejos que su luz es, a tal efecto, una onda plana espacialmente coherente. El coronógrafo que utiliza interferencia enmascara la luz a lo largo del eje central del telescopio, pero permite que pase la luz de los objetos fuera del eje.
Los coronógrafos en el espacio exterior son mucho más eficaces que los mismos instrumentos si estuvieran ubicados en la Tierra. Esto se debe a que la ausencia total de dispersión atmosférica elimina la mayor fuente de deslumbramiento presente en un coronógrafo terrestre. Varias misiones espaciales, como SOHO de la NASA - ESA , SPARTAN, Solar Maximum Mission y Skylab de la NASA, han utilizado coronógrafos para estudiar los confines exteriores de la corona solar. El Telescopio Espacial Hubble (HST) puede realizar coronagrafía utilizando la cámara de infrarrojo cercano y el espectrómetro de objetos múltiples (NICMOS), [5] y el Telescopio Espacial James Webb (JWST) puede realizar coronagrafía utilizando la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam ) y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI).
Si bien los coronógrafos espaciales como LASCO evitan el problema del brillo del cielo, enfrentan desafíos de diseño en el manejo de la luz parásita bajo los estrictos requisitos de tamaño y peso de los vuelos espaciales. Cualquier borde afilado (como el borde de un disco de ocultación o una apertura óptica) provoca la difracción de Fresnel de la luz entrante alrededor del borde, lo que significa que los instrumentos más pequeños que uno querría tener en un satélite inevitablemente pierden más luz que los más grandes. El coronógrafo LASCO C-3 utiliza un ocultador externo (que proyecta sombra sobre el instrumento) y un ocultador interno (que bloquea la luz parásita difractada por Fresnel alrededor del ocultador externo) para reducir esta fuga, y un complicado sistema de deflectores para elimine la luz parásita que se dispersa en las superficies internas del propio instrumento.
Aditya-L1 es una nave espacial de coronagrafía desarrollada por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) y varios institutos de investigación de la India. La nave espacial tiene como objetivo estudiar la atmósfera solar y su impacto en el medio ambiente terrestre. Se ubicará aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en una órbita de halo alrededor del punto Lagrangiano L1 entre la Tierra y el Sol. [6] [7]
La carga útil principal, Coronógrafo de línea de emisión visible (VELC), enviará 1.440 imágenes del sol diariamente a estaciones terrestres. La carga útil VELC ha sido desarrollada por el Instituto Indio de Astrofísica (IIA) y observará continuamente la corona del Sol desde el punto L1. [7] [8]
La misión cuenta con estrictos protocolos de limpieza, incluida la prohibición del uso de perfumes y aerosoles por parte de científicos e ingenieros que trabajan en la carga útil, para evitar la contaminación que podría afectar los instrumentos sensibles. [8]
El coronógrafo se ha adaptado recientemente a la difícil tarea de encontrar planetas alrededor de estrellas cercanas. Si bien los coronógrafos estelares y solares son similares en concepto, en la práctica son bastante diferentes porque el objeto a ocultar difiere en un factor de un millón en su tamaño lineal aparente. (El Sol tiene un tamaño aparente de aproximadamente 1900 segundos de arco , mientras que una estrella cercana típica podría tener un tamaño aparente de 0,0005 y 0,002 segundos de arco). La detección de exoplanetas similares a la Tierra requiere 10−10 contraste. [9] Para lograr tal contraste se requiere una estabilidad optotérmica extrema .
Se estudió un concepto de coronógrafo estelar para volar en la misión cancelada Terrestrial Planet Finder . En los telescopios terrestres, un coronógrafo estelar se puede combinar con óptica adaptativa para buscar planetas alrededor de estrellas cercanas. [10]
En noviembre de 2008, la NASA anunció que se había observado directamente un planeta orbitando la cercana estrella Fomalhaut . El planeta se pudo ver claramente en imágenes tomadas por el coronógrafo de la Cámara Avanzada para Sondeos del Hubble en 2004 y 2006. [11] El área oscura oculta por la máscara del coronógrafo se puede ver en las imágenes, aunque se ha agregado un punto brillante para mostrar dónde la estrella hubiera sido.
Hasta el año 2010, los telescopios sólo podían obtener imágenes directas de exoplanetas en circunstancias excepcionales. En concreto, es más fácil obtener imágenes cuando el planeta es especialmente grande (considerablemente más grande que Júpiter ), muy separado de su estrella madre y tan caliente que emite una intensa radiación infrarroja. Sin embargo, en 2010, un equipo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA demostró que un coronógrafo de vórtice vectorial podría permitir que pequeños telescopios obtengan imágenes directas de los planetas. [12] Hicieron esto tomando imágenes de los planetas HR 8799 previamente fotografiados usando solo unPorción de 1,5 m del Telescopio Hale .
