كورونوغراف

الكورونوغراف هو ملحق تلسكوبي مصمم لحجب الضوء المباشر من نجم أو أي جسم ساطع آخر ، بحيث يمكن رؤية الأجسام القريبة التي قد تختفي في وهج ذلك الجسم. معظم الكورونوغرافات مصممة لرصد هالة الشمس ، ولكن فئة جديدة من الأجهزة المشابهة لها من حيث المفهوم (تُسمى كورونوغرافات نجمية لتمييزها عن كورونوغرافات شمسية ) تُستخدم لاكتشاف الكواكب الخارجية والأقراص المحيطة بالنجوم القريبة، بالإضافة إلى المجرات المضيفة في الكوازارات وغيرها من الأجسام المشابهة ذات النوى المجرية النشطة .

طُوِّر جهاز الكورونوغراف عام ١٩٣١ على يد الفلكي الفرنسي برنارد ليوت ؛ ومنذ ذلك الحين، استُخدمت أجهزة الكورونوغراف في العديد من المراصد الشمسية . تعاني أجهزة الكورونوغراف العاملة داخل الغلاف الجوي للأرض من تشتت الضوء في السماء نفسها، ويعود ذلك أساسًا إلى تشتت رايلي لأشعة الشمس في طبقات الجو العليا. عند زوايا الرؤية القريبة من الشمس، تكون السماء أكثر سطوعًا بكثير من خلفية الكورونوغراف حتى في المواقع المرتفعة في الأيام الصافية والجافة. تستخدم أجهزة الكورونوغراف الأرضية، مثل جهاز الكورونوغراف مارك ٤ التابع لمرصد الارتفاعات العالية على قمة مونا لوا ، الاستقطاب لتمييز سطوع السماء عن صورة الكورونوغراف: فكلاهما، ضوء الكورونوغراف وسطوع السماء ، عبارة عن ضوء شمس متشتت وله خصائص طيفية متشابهة، لكن ضوء الكورونوغراف يتشتت وفقًا لتشتت طومسون بزاوية قائمة تقريبًا ، وبالتالي يخضع لاستقطاب التشتت ، بينما يتشتت الضوء المتراكب من السماء بالقرب من الشمس بزاوية مائلة فقط، وبالتالي يبقى غير مستقطب تقريبًا.

تُعدّ أجهزة الكورونوغراف أمثلةً بارزةً على رفض الضوء الشارد والقياس الضوئي الدقيق، لأنّ السطوع الكلي للهالة الشمسية يقلّ عن جزء من مليون من سطوع الشمس. ^{[ 1 ]} ويكون السطوع الظاهري للسطح أقلّ سطوعًا، لأنّ الهالة، بالإضافة إلى كونها تُصدر ضوءًا إجماليًا أقلّ، تتمتّع بحجم ظاهري أكبر بكثير من الشمس نفسها.

أثناء كسوف الشمس الكلي ، يعمل القمر كقرص حاجب، ويمكن تشغيل أي كاميرا في مسار الكسوف كجهاز تصوير ضوئي حتى انتهاء الكسوف. الأكثر شيوعًا هو ترتيب يتم فيه تصوير السماء على مستوى بؤري وسيط يحتوي على بقعة معتمة؛ ثم يُعاد تصوير هذا المستوى البؤري على كاشف. وهناك ترتيب آخر يتمثل في تصوير السماء على مرآة بها ثقب صغير: ينعكس الضوء المطلوب ويُعاد تصويره في النهاية، بينما يمر الضوء غير المرغوب فيه من النجم عبر الثقب ولا يصل إلى الكاشف. في كلتا الحالتين، يجب أن يراعي تصميم الجهاز التشتت والحيود لضمان وصول أقل قدر ممكن من الضوء غير المرغوب فيه إلى الكاشف النهائي. كان اختراع ليوت الرئيسي عبارة عن مجموعة من العدسات ذات حواجز، تُعرف باسم حواجز ليوت ، وحواجز عاكسة، بحيث يتم تركيز الضوء المتشتت بفعل الحيود على الحواجز العاكسة والحواجز العاكسة، حيث يمكن امتصاصه، بينما يمر الضوء اللازم للحصول على صورة مفيدة دون أن يمر. ^{[ 2 ]}

على سبيل المثال، توفر أجهزة التصوير الموجودة على تلسكوب هابل الفضائي وتلسكوب جيمس ويب الفضائي إمكانية التصوير الإكليلي.

تُعدّ أجهزة الكورونوغراف في الفضاء الخارجي أكثر فعالية بكثير من نظيراتها على الأرض. ويعود ذلك إلى أن غياب التشتت الجوي التام يُزيل أكبر مصدر للوهج الموجود في الكورونوغراف الأرضي. وقد استخدمت العديد من المهمات الفضائية، مثل مهمة سوهو التابعة لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ، ومهمة سبارتان التابعة لناسا، ومهمة الحد الأقصى الشمسي ، ومهمة سكاي لاب، أجهزة الكورونوغراف لدراسة الأجزاء الخارجية من هالة الشمس. ويستطيع تلسكوب هابل الفضائي إجراء تصوير الكورونوغراف باستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة ومطياف الأجسام المتعددة (NICMOS)، ^{[ 6 ]} كما يستطيع تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجراء تصوير الكورونوغراف باستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) وجهاز الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI). أما مهمة بروبا-3 ، التي أُطلقت عام 2024، فقد استخدمت مركبة فضائية منفصلة كحاجب خارجي حر الحركة. ^{[ 7 ]}

بينما تتجنب أجهزة الكورونوغراف الفضائية، مثل LASCO، مشكلة سطوع السماء، إلا أنها تواجه تحديات تصميمية في إدارة الضوء الشارد في ظل متطلبات الحجم والوزن الصارمة للرحلات الفضائية. أي حافة حادة (مثل حافة قرص الحجب أو الفتحة البصرية) تتسبب في حيود فرينل للضوء الوارد حول الحافة، مما يعني أن الأجهزة الأصغر حجمًا، التي يُراد وضعها على قمر صناعي، تُسرّب حتمًا ضوءًا أكثر من الأجهزة الأكبر حجمًا. يستخدم جهاز الكورونوغراف LASCO C-3 حاجبًا خارجيًا (يُلقي بظلاله على الجهاز) وحاجبًا داخليًا (يحجب الضوء الشارد المنحرف بفعل حيود فرينل حول الحاجب الخارجي) لتقليل هذا التسريب، بالإضافة إلى نظام معقد من الحواجز لمنع تشتت الضوء الشارد عن الأسطح الداخلية للجهاز نفسه.

أديتيا-إل 1

أديتيا-إل1 مركبة فضائية لتصوير الغلاف الجوي الشمسي، طورتها منظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO) ومعاهد بحثية هندية مختلفة. تهدف المركبة إلى دراسة الغلاف الجوي الشمسي وتأثيره على بيئة الأرض. ستوضع على بعد حوالي 1.5 مليون كيلومتر من الأرض في مدار هالة حول نقطة لاغرانج L1 الواقعة بين الأرض والشمس. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

سترسل الحمولة الرئيسية، وهي جهاز تصوير الهالة الشمسية ذي خط الانبعاث المرئي (VELC)، 1440 صورة للشمس يوميًا إلى المحطات الأرضية. وقد طُوِّرت هذه الحمولة من قِبَل المعهد الهندي للفيزياء الفلكية (IIA)، وستراقب هالة الشمس باستمرار من نقطة لاغرانج الأولى (L1). ^{[ 9 ] [ 10 ]}

تم مؤخرًا تكييف جهاز الكورونوغراف للمهمة الصعبة المتمثلة في اكتشاف الكواكب حول النجوم القريبة. ورغم تشابه الكورونوغرافات النجمية والشمسية من حيث المبدأ، إلا أنها تختلف اختلافًا كبيرًا في التطبيق العملي، نظرًا لاختلاف حجم الجسم المراد حجبه بمقدار مليون ضعف في حجمه الظاهري الخطي. (يبلغ الحجم الظاهري للشمس حوالي 1900 ثانية قوسية ، بينما قد يبلغ الحجم الظاهري لنجم قريب نموذجي 0.0005 و0.002 ثانية قوسية على التوالي). ويتطلب اكتشاف الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض 10^{تباين -10} . ^{[ 11 ]} يتطلب تحقيق هذا التباين استقرارًا بصريًا حراريًا فائقًا .

تمت دراسة مفهوم الكورونوغراف النجمي لاستخدامه في مهمة البحث عن الكواكب الأرضية الملغاة. ويمكن دمج الكورونوغراف النجمي مع البصريات التكيفية في التلسكوبات الأرضية للبحث عن الكواكب حول النجوم القريبة. ^{[ 12 ]}

في نوفمبر 2008، أعلنت وكالة ناسا عن رصد كوكب يدور مباشرةً حول النجم القريب فومالهوت . وقد ظهر الكوكب بوضوح في صور التقطها جهاز الكورونوغراف التابع لكاميرا المسح المتقدمة لتلسكوب هابل في عامي 2004 و2006. ^{[ 13 ]} ويمكن رؤية المنطقة المظلمة التي أخفاها قناع الكورونوغراف في الصور، وقد أُضيفت نقطة ساطعة لتمثيل موقع النجم نفسه.

حتى عام 2010، لم يكن بإمكان التلسكوبات تصوير الكواكب الخارجية مباشرةً إلا في ظروف استثنائية. تحديدًا، يسهل الحصول على صور عندما يكون الكوكب كبيرًا جدًا (أكبر بكثير من كوكب المشتري )، وبعيدًا عن نجمه الأم، وساخنًا لدرجة أنه يُصدر إشعاعًا تحت أحمر مكثفًا. مع ذلك، في عام 2010، أثبت فريق من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا أن استخدام كورونوغراف دوامي متجهي يمكّن التلسكوبات الصغيرة من تصوير الكواكب مباشرةً. ^{[ 14 ]} وقد حققوا ذلك من خلال تصوير كواكب HR 8799 التي سبق تصويرها باستخدام...جزء بطول 1.5  متر من تلسكوب هيل .

• قائمة التلسكوبات الشمسية
• مهمة العوالم الجديدة – جهاز تصوير كورونوغراف خارجي مقترح
• بروبا-3 - مهمة تجريبية للتصوير الإكليلي باستخدام الطيران التشكيل عالي الدقة

• نظرة عامة على تقنيات التصوير البصري المباشر للكواكب الخارجية ، ماري ليفين، ريمي سومر، 2009
• "تلسكوب مراقب الشمس". مجلة Popular Mechanics ، فبراير 1952، الصفحات  140-141. رسم توضيحي مقطعي لأول نوع من أنواع الكورونوغراف المستخدم في عام 1952.
• أجهزة تصوير دوامية ضوئية متجهة باستخدام بوليمرات الكريستال السائل: النظرية والتصنيع والتجربة العملية في المختبر (قاعدة بيانات البصريات)
• جهاز تصوير دوامة المتجهات: نتائج المختبر وأول ضوء في مرصد بالومار (IopScience)
• كورونوغراف ذو قناع طور حلقي الأخدود IopScience
• يُظهر هذا الرابط صورة التقطها تلسكوب هابل الفضائي لقرص غبار يحيط بنجم ساطع، حيث يكون النجم مخفياً بواسطة جهاز الكورونوغراف.