Un coronógrafo es un accesorio telescópico diseñado para bloquear la luz directa de una estrella u otro objeto brillante, de modo que se puedan distinguir los objetos cercanos, que de otro modo quedarían ocultos por el resplandor brillante del objeto. La mayoría de los coronógrafos están destinados a ver 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 de 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 High Altitude Observatory en la cima de Mauna Loa , usan 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 polarización por dispersión , mientras que la luz superpuesta del cielo cerca del Sol se dispersa solo en un ángulo rasante 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 superficial aparente es aún más débil porque, además de proporcionar 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 oclusor y cualquier cámara en la trayectoria del eclipse puede funcionar como un coronógrafo hasta que el eclipse termine. Más común es una disposición en la que el cielo se proyecta sobre un plano focal intermedio que contiene un punto opaco; este plano focal se vuelve a proyectar sobre un detector. Otra disposición es proyectar el cielo sobre un espejo con un pequeño orificio: la luz deseada se refleja y finalmente se vuelve a proyectar, pero la luz no deseada de la estrella pasa a través del orificio y no llega al detector. De cualquier manera, el diseño del instrumento debe tener en cuenta la dispersión y la difracción para asegurarse de que la menor cantidad posible de luz no deseada llegue al detector final. La invención clave de Lyot fue una disposición de lentes con topes, conocidos como topes de Lyot , y deflectores de modo 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 no los alcanzaba. [1]
Como ejemplos, los instrumentos de obtención de imágenes del telescopio espacial Hubble y del telescopio espacial James Webb ofrecen capacidad coronográfica.
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 para gestionar los efectos de difracción causados por la eliminación de la luz. El coronógrafo de banda limitada ha servido como diseño de referencia para el coronógrafo Terrestrial Planet Finder cancelado . Las máscaras de banda limitada también estarán disponibles en el telescopio espacial James Webb .
Un coronógrafo de máscara de fase (como el llamado coronógrafo de 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 bloquearla.
Un coronógrafo de vórtice óptico utiliza una máscara de fase en la que el desplazamiento de fase varía azimutalmente alrededor del centro. Existen varias variedades de coronógrafos de vórtice óptico:
Esto funciona con estrellas distintas del Sol porque están tan alejadas que su luz es, para este propósito, una onda plana coherente espacialmente. El coronógrafo que utiliza interferencias enmascara la luz a lo largo del eje central del telescopio, pero permite el paso de la luz de los objetos fuera del eje.
Los coronógrafos en el espacio exterior son mucho más eficaces que los mismos instrumentos si estuvieran situados 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 , y SPARTAN, Solar Maximum Mission y Skylab de la NASA han utilizado coronógrafos para estudiar los confines de la corona solar. El telescopio espacial Hubble (HST) puede realizar coronografías utilizando la cámara de infrarrojo cercano y el espectrómetro multiobjeto (NICMOS), [5] y el telescopio espacial James Webb (JWST) puede realizar coronografías utilizando la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI).
Si bien los coronógrafos espaciales como el LASCO evitan el problema del brillo del cielo, enfrentan desafíos de diseño en la gestión de la luz difusa 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) causa difracción de Fresnel de la luz entrante alrededor del borde, lo que significa que los instrumentos más pequeños que uno querría en un satélite inevitablemente filtran más luz que los más grandes. El coronógrafo LASCO C-3 utiliza un ocultador externo (que proyecta sombras sobre el instrumento) y un ocultador interno (que bloquea la luz difusa que se difracta por Fresnel alrededor del ocultador externo) para reducir esta fuga, y un complicado sistema de deflectores para eliminar la luz difusa que se dispersa de las superficies internas del propio instrumento.
Aditya-L1 es una nave espacial de coronografía desarrollada por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) y varios institutos de investigación indios. La nave espacial tiene como objetivo estudiar la atmósfera solar y su impacto en el medio ambiente de la Tierra. Se ubicará aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en una órbita de halo alrededor del punto de Lagrange L1 entre la Tierra y el Sol. [6] [7]
La carga útil principal, el Coronógrafo de Líneas 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 solar desde el punto L1. [7] [8]
La misión cuenta con estrictos protocolos de limpieza para los científicos e ingenieros que trabajan en la carga útil, para evitar la contaminación que podría afectar a 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, son bastante diferentes en la práctica porque el objeto que se oculta difiere en un factor de un millón en tamaño aparente lineal. (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 el concepto de un coronógrafo estelar para su uso 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 estrella cercana Fomalhaut . El planeta se pudo ver claramente en las imágenes tomadas por el coronógrafo de la Cámara Avanzada para Sondeos del Hubble en 2004 y 2006. [11] La zona oscura oculta por la máscara del coronógrafo se puede ver en las imágenes, aunque se ha añadido un punto brillante para mostrar dónde habría estado la estrella.
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 ), está muy separado de su estrella madre y es 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 a los telescopios pequeños obtener imágenes directas de planetas. [12] Lo hicieron obteniendo imágenes de los planetas HR 8799 fotografiados anteriormente utilizando sólo unPorción de 1,5 m del telescopio Hale .
