Кіріспе
Жұлдыздан келетін тікелей жарықты тосуға арналған телескоптық қосымша. Коронаграф – жұлдыз немесе басқа жарқыраған объектіден келетін тікелей жарықты тосып, осылайша объектінің жарқырауында көрінбейтін жақын орналасқан объектілерді анықтауға мүмкіндік беретін телескоптық құрылғы. Көптеген коронаграфтар Күннің коронасын бақылауға арналған, бірақ жаңаша құрылған, ұқсас принципте жұмыс істейтін құралдар (күн коронаграфтарынан ерекшелену үшін жұлдыздық коронаграфтар деп аталады) жақын жұлдыздардың айналасындағы экзопланеталар мен жұлдызаралық дискілерді, сондай-ақ квазарлардағы және белсенді галактикалық ядролары бар басқа да ұқсас объектілердегі галактикаларды табу үшін қолданылады.
A coronagraph is a telescopic attachment designed to block out the direct light from a star or other bright object so that nearby objects – which otherwise would be hidden in the object's bright glare – can be resolved. Most coronagraphs are intended to view the corona of the Sun, but a new class of conceptually similar instruments (called stellar coronagraphs to distinguish them from solar coronagraphs) are being used to find extrasolar planets and circumstellar disks around nearby stars as well as host galaxies in quasars and other similar objects with active galactic nuclei (AGN).
Өнертабыс
Коронографты 1931 жылы француз астрономы Бернар Льот енгізді. Содан бері коронографтар көптеген күн обсерваторияларында пайдаланылып келеді. Жер атмосферасында жұмыс істейтін коронографтар аспандағы жарықтың шашырауынан зардап шегеді, бұл негізінен жоғарғы атмосферадағы күн сәулесінің Рейли шашырауынан туындайды. Күнге жақын көру бұрыштарында аспан, тіпті биік таулардағы ашық, құрғақ күндерде де, айналымды коронадан әлдеқайда жарық болады. Жердегі коронографтар, мысалы, Мауна-Лоа тауындағы Биіктік обсерваториясының Mark IV коронографы, аспанның жарықтығын коронаның бейнесінен ажырату үшін поляризацияны қолданады: коронадан шыққан жарық пен аспанның жарықтығы – бәрі де шашыраңқы күн сәулесі және ұқсас спектральдық қасиеттерге ие, бірақ корона жарығы Томсон шашырауы арқылы дерлік тік бұрышта шашырайды, сондықтан шашыраңқы поляризацияға ұшырайды, ал Күнге жақын аспаннан келген жарық тек қана сырттай шашырайды және сол себепті поляризацияланбаған күйінде қалады.
Дизайн
Коронаграф аспаптары – бұл адасқан жарықты жоюдың және дәл фотометрияның ең жоғары деңгейдегі мысалдары, себебі күн коронасының жалпы жарықтығы Күннің жарықтығының миллионнан бір бөлігіне тең. Көрінетін беттік жарқырау тіпті әлсіз, өйткені жалпы жарық аз ғана берілумен қатар, корона Күннің өзінен әлдеқайда үлкен көрінеді. Күннің толық тұтылуы кезінде Ай жарықты тоқтатушы диск рөлінде әрекет етеді, ал тұтылу жолындағы кез келген камера тұтылу біткенге дейін коронограф ретінде жұмыс істей алады. Көбірек таралғаны – аспанның мөлдір емес нүктесі бар аралық фокустық жазықтықта бейнеленуі, содан кейін бұл жазықтық детекторға қайта бейнеленеді. Тағы бір тәсіл – аспанды кішкентай тесігі бар айнаға түсіру: қажетті жарық шағылысып, соңында қайта бейнеленеді, ал жұлдыздан келетін қажетсіз жарық тесіктен өтіп, детекторға жетпейді. Қай жағдайда болсын, аспап құрылымында жарық шашырауы мен дифракциясын ескеріп, соңғы детекторға мүмкіндігінше аз қажетсіз жарық түсуіне көз жеткізілуі керек. Льоттың маңызды өнертабысы – Льот тоқтағыштары деп аталатын тоқтағыштары бар линзалардың және дифракция арқылы шашыраған жарықты тоқтағыштарға және дифракциялық қоршауларға шоғырландыратын қоршаулардың орналасуы болды, онда ол сіңірілуі мүмкін, ал пайдалы бейне үшін қажетті жарық оларды өткізіп жіберетін еді. Мысалы, Хаббл ғарыш телескобы мен Джеймс Вебб ғарыш телескобының бейнелеу құралдары коронографиялық мүмкіндіктерді ұсынады.
Тораппен шектелген коронограф
Тарабы шектеулі коронографта ерекше маска қолданылады, ол тарабы шектеулі маска деп аталады. Бұл маска жарықты тосуға және жарықты алып тастау нәтижесінде туындайтын дифракциялық эффектілерді басқаруға арналған. Тарабы шектеулі коронограф жойылған Террестриялық планета іздеуші коронографының негізгі дизайны болып табылды. Тарабы шектеулі маскалар Джеймс Уэбб ғарыш телескопында да қолжетімді болады.
Фазалық маскалы коронограф
Фазалық маска коронографы (мысалы, төрт квадрантты фазалық маска коронографы) жұлдыздық жарықтың фазасын өзгерту арқылы өзін-өзі жоятын интерференция құру үшін мөлдір маска қолданады, жарықты жабу үшін қарапайым түйінсіз диск емес.
Оптикалық виртцелік коронограф
Оптикалық шұңқырлы коронограф фазалық масканы қолданады, онда фазалық өзгеріс орталықтың айналасында азимут бойынша өзгереді. Оптикалық шұңқырлы коронографтардың бірнеше түрі бар: скалярлық оптикалық шұңқырлы коронограф, диэлектрлік материалға тікелей қашалған фазалық еңіске негізделген, мысалы, кварц шынысы. Векторлық (ия) шұңқырлы коронограф фотондардың поляризация бұрышын өзгертетін масканы қолданады, ал осы бұрышты өзгерту фазалық өзгеріске ұқсас әсер етеді. Мұндай масканы сұйық кристалды полимерлер (3D теледидарда қолданылатын технология) және микроқұрылымды беттер (микроэлектроника индустриясының микроөндіріс технологияларын пайдалану арқылы) сияқты әртүрлі технологиялармен жасауға болады. Сұйық кристалды полимерлерден жасалған мұндай векторлық шұңқырлы коронограф қазіргі уақытта Паломар обсерваториясындағы 200 дюймдік Хейл телескопында қолданылады. Жақында ол сыртқы планеталарды бейнелеу үшін адаптивтік оптикамен жұмыс істеді. Бұл Күннен басқа жұлдыздармен жұмыс істейді, себебі олар өте алыс болғандықтан, олардың жарығы осы мақсат үшін кеңістіктегі когерентті жазық толқын болып табылады. Интерференциялық коронограф телескоптың орталық осі бойымен жарықты жояды, бірақ осьтен тыс объектілерден келетін жарықты өткізеді.
the scalar optical vortex coronagraph based on a phase ramp directly etched in a dielectric material, like fused silica. the vector(ial) vortex coronagraph employs a mask that rotates the angle of polarization of photons, and ramping this angle of rotation has the same effect as ramping a phase shift. A mask of this kind can be synthesized by various technologies, ranging from liquid crystal polymer (same technology as in 3D television), and micro structured surfaces (using microfabrication technologies from the microelectronics industry). Such a vector vortex coronagraph made out of liquid crystal polymers is currently in use at the 200 inch Hale telescope at the Palomar Observatory. It has recently been operated with adaptive optics to image extrasolar planets. This works with stars other than the sun because they are so far away their light is, for this purpose, a spatially coherent plane wave. The coronagraph using interference masks out the light along the center axis of the telescope, but allows the light from off axis objects through.
Жерсеріктік коронографта
Коронаграфтар ғарышта жердегі құралдарға қарағанда әлдеқайда тиімді. Бұл атмосфералық шашыраудың толық жоқтығы жердегі коронографтағы ең ірі жарық көзін жояды. NASA-ның SOHO, NASA-ның SPARTAN, Solar Maximum Mission және Skylab сияқты бірнеше ғарыш миссиялары күн коронасының сыртқы бөліктерін зерттеу үшін коронографтарды пайдаланды. Хаббл ғарыш телескопы (HST) жақын инфрақызыл камера және көп нысанды спектрометр (NICMOS) арқылы коронографияны жүзеге асыра алады, ал Джеймс Вебб ғарыш телескопы (JWST) жақын инфрақызыл камера (NIRCam) және орта инфрақызыл құралы (MIRI) арқылы коронографияны жүзеге асыра алады. LASCO сияқты ғарышқа орналасқан коронографтар аспанның жарықтығы мәселесінен құтылса да, ғарышқа ұшудың қатаң өлшемдері мен салмағы талаптарына байланысты шашыраған жарықты басқаруда конструкциялық қиындықтарға тап болады. Кез келген өткір жиек (мысалы, жасыратын диск немесе оптикалық апертураның жиегі) кіретін жарықтың жиекте Френель дифракциясына себеп болады, яғни спутникке қажетті кіші құралдар үлкендерге қарағанда көбірек жарық шығарады. LASCO C 3 коронографы осы ағып кетуді азайту үшін сыртқы оккультерді (құралға көлеңке түсіреді) және ішкі оккультерді (сыртқы оккультерден Френель дифракциясы арқылы шашыраған жарықты тоқтатады) және құралдың ішкі беттерінен шашыраған жарықты жою үшін күрделі қалқандар жүйесін қолданады.
Адития-Л1
Адитя L1 – Үндістанның Ғарыш зерттеу ұйымы (ISRO) және түрлі үндістандық ғылыми-зерттеу институттары әзірлеген коронографиялық ғарыш кемесі. Ғарыш кемесі Күн атмосферасын және оның Жердің қоршаған ортасына тигізетін әсерін зерттеуді мақсат етеді. Ол Жер мен Күн арасындағы L1 Лагранж нүктесінің маңындағы гало орбитасында, Жерден шамамен 1,5 миллион км қашықтықта орналасады. Басты пайдалы жүктеме – Көрінетін Сәуле Шығару Сызығы (VELC) коронографы – күн сайын жер беті станцияларына күннің 1440 суретін жібереді. VELC жүктемесін Үндістан астрофизика институты (IIA) әзірледі және ол L1 нүктесінен Күннің коронасын үнемі бақылайды. Миссияның қатаң тазалық талаптары бар, оның ішінде пайдалы жүктемеде жұмыс істейтін ғалымдар мен инженерлердің иіссулар мен шашыратқыштарды пайдалануына тыйым салынған, себебі бұл сезімтал құралдарға әсер етуі мүмкін ластанудың алдын алу үшін қажет. Мұндай контрастқа қол жеткізу үшін жоғары оптотермиялық тұрақтылық қажет. Жұлдыздық коронограф тұжырымы жойылған Жердегі планеталарды табу миссиясында ұшу үшін зерттелді. Жердегі телескоптарда жұлдыздық коронографты бейімделмелі оптикамен біріктіре отырып, жақын маңдағы жұлдыздардың айналасындағы планеталарды іздеуге болады. 2008 жылдың қарашасында NASA жақын маңдағы Фомалхаут жұлдызының орбитасында планетаның тікелей байқалғанын хабарлады. Планета 2004 және 2006 жылдары Хаббл ғарыштық телескопының Advanced Camera for Surveys коронографы түсірген суреттерде анық көрінді. Суреттерде коронограф маскасы жасырып тұрған қараңғы аймақты көруге болады, бірақ жұлдыздың қайда орналасқанын көрсету үшін жарқын нүкте қосылған. 2010 жылға дейін телескоптар экзопланеталарды тек ерекше жағдайларда ғана тікелей суретке түсіре алды. Атап айтқанда, планета едәуір үлкен (Жұпитерден әлдеқайда ірі), ана жұлдызынан қашықта орналасқан және қызу болғандықтан қарқынды инфрақызыл сәуле шығаруға қабілетті болғанда суреттеу оңайырақ еді. Алайда, 2010 жылы NASA-ның Jet Propulsion Laboratory командасы векторлық құйынды коронографтың кішкентай телескоптарға планеталарды тікелей суретке түсіруге мүмкіндік беретінін көрсетті. Олар бұрын суреттелген HR 8799 планеталарын Хэйл телескобының тек 1,5 бөлігін пайдаланып суретке түсірді.