Coronógrafo

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 objetos cercanos que , de otro modo, quedarían ocultos por el intenso resplandor . La mayoría de los coronógrafos están destinados a observar la corona del Sol , pero una nueva clase de instrumentos conceptualmente similares (llamados coronógrafos estelares para distinguirlos de los coronógrafos solares ) se están utilizando 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, se han utilizado en numerosos observatorios solares . Los coronógrafos que operan dentro de la atmósfera terrestre sufren la dispersión de la luz en el propio cielo , 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 lugares de gran altitud en días despejados 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 se dispersa por Thomson en un ángulo casi 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. ^{[ 1 ]} 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 del 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 termine el eclipse. Más común es una configuración 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 configuración consiste en proyectar la imagen del 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. En cualquier caso, el diseño del instrumento debe tener en cuenta la dispersión y la difracción para asegurar que la menor cantidad posible de luz no deseada llegue al detector final. La invención clave de Lyot fue una disposición de lentes con diafragmas, conocidos como diafragmas de Lyot , y deflectores, de modo que la luz dispersada por difracción se enfocaba en los diafragmas y deflectores, donde podía ser absorbida, mientras que la luz necesaria para una imagen útil no los alcanzaba. ^{[ 2 ]}

Como ejemplos, los instrumentos de imagen del Telescopio Espacial Hubble y del Telescopio Espacial James Webb ofrecen capacidad coronográfica.

Los coronógrafos en el espacio exterior son mucho más efectivos que los mismos instrumentos si estuvieran ubicados en la Tierra. Esto se debe a que la ausencia total de dispersión atmosférica elimina la principal fuente de deslumbramiento presente en un coronógrafo terrestre. Varias misiones espaciales, como SOHO de la NASA y la ESA , SPARTAN de la NASA, la Misión del Máximo Solar y Skylab , han utilizado coronógrafos para estudiar las regiones exteriores de la corona solar. El Telescopio Espacial Hubble (HST) puede realizar coronografía utilizando la Cámara de Infrarrojo Cercano y el Espectrómetro Multiobjeto (NICMOS) ^{[ 6 ]} , y el Telescopio Espacial James Webb (JWST) puede realizar coronografía utilizando la Cámara de Infrarrojo Cercano (NIRCam) y el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI). La misión PROBA-3 , lanzada en 2024, utilizó una nave espacial independiente como ocultador externo de vuelo libre ^{[ 7 ] .}

Si bien los coronógrafos espaciales como LASCO evitan el problema del brillo del cielo, se enfrentan a 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 incidente alrededor del borde, lo que significa que los instrumentos más pequeños que se desearían en un satélite inevitablemente dejan escapar más luz que los más grandes. El coronógrafo LASCO C-3 utiliza tanto un ocultador externo (que proyecta una sombra sobre el instrumento) como un ocultador interno (que bloquea la luz parásita que se difracta por Fresnel alrededor del ocultador externo) para reducir esta fuga, y un complejo sistema de deflectores para eliminar la dispersión de la luz parásita en las superficies internas del propio instrumento.

Aditya-L1

Aditya-L1 es una nave espacial de coronografía desarrollada por la Organización India de Investigación Espacial (ISRO) y varios institutos de investigación indios. La nave tiene como objetivo estudiar la atmósfera solar y su impacto en el medio ambiente terrestre. Se ubicará aproximadamente a 1,5 millones de km de la Tierra en una órbita de halo alrededor del punto lagrangiano L1 entre la Tierra y el Sol. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La carga útil principal, el coronógrafo de línea de emisión visible (VELC), enviará 1440 imágenes del sol diariamente a estaciones terrestres. El VELC ha sido desarrollado por el Instituto Indio de Astrofísica (IIA) y observará continuamente la corona solar desde el punto L1. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

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 a ocultar 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 de contraste. ^{[ 11 ]} Para lograr tal contraste se requiere una estabilidad optotérmica extrema .

Se estudió un concepto de coronógrafo estelar para su uso en la misión Terrestrial Planet Finder , que finalmente fue cancelada . En telescopios terrestres, un coronógrafo estelar puede combinarse con óptica adaptativa para buscar planetas alrededor de estrellas cercanas. ^{[ 12 ]}

En noviembre de 2008, la NASA anunció que se había observado directamente un planeta orbitando la estrella cercana Fomalhaut . El planeta se podía ver claramente en las imágenes tomadas por el coronógrafo de la Cámara Avanzada para Sondeos del Hubble en 2004 y 2006. ^{[ 13 ]} En las imágenes se puede apreciar la zona oscura oculta por la máscara del coronógrafo, y se ha añadido un punto brillante para representar la ubicación de la estrella.

Hasta el año 2010, los telescopios solo podían obtener imágenes directas de exoplanetas en circunstancias excepcionales. Específicamente, 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 caliente, de modo 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 obtuvieran imágenes directas de planetas. ^{[ 14 ]} Lo hicieron obteniendo imágenes de los planetas HR 8799 previamente observados utilizando solo unSección de 1,5  m del Telescopio Hale .

• Lista de telescopios solares
• Misión Nuevos Mundos : un coronógrafo externo propuesto
• PROBA-3 : una misión de demostración de coronografía mediante vuelo en formación de alta precisión.

• Panorama general de las tecnologías para la obtención de imágenes ópticas directas de exoplanetas , Marie Levine, Rémi Soummer, 2009
• "Telescopio para observadores solares". Popular Mechanics , febrero de 1952, págs.  140-141. Dibujo en sección transversal del primer tipo de coronógrafo utilizado en 1952.
• Coronógrafos de vórtice vectorial óptico que utilizan polímeros de cristal líquido: teoría, fabricación y demostración en laboratorio. Base de datos de información óptica.
• El coronógrafo de vórtice vectorial: resultados de laboratorio y primera luz en el Observatorio Palomar IopScience
• Coronógrafo de máscara de fase de ranura anular IopScience
• Este enlace muestra una imagen del telescopio espacial Hubble (HST) de un disco de polvo que rodea una estrella brillante, la cual queda oculta por el coronógrafo.