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コロナグラフは、恒星やその他の明るい天体からの直射光を遮断するように設計された望遠鏡の付属装置で、そうでなければ天体の明るい光に隠れてしまう近くの天体を識別できるようにするものです。ほとんどのコロナグラフは太陽のコロナを観測することを目的としていますが、概念的に類似した新しい種類の装置（太陽コロナグラフと区別するために恒星コロナグラフと呼ばれます）は、近くの恒星の周りの太陽系外惑星や周星円盤、クエーサーや活動銀河核（AGN）を持つその他の類似天体の宿主銀河の発見にも使用されています。
コロナグラフは1931年にフランスの天文学者ベルナール・リオによって導入され、それ以来、多くの太陽観測所で使用されています。地球の大気圏内で動作するコロナグラフは、主に上層大気での太陽光のレイリー散乱により、空自体からの散乱光の影響を受けます。太陽に近い視角では、晴れて乾燥した日の高地観測所でも、背景のコロナよりも空の方がはるかに明るくなります。マウナロア山頂にある高高度観測所のMark IVコロナグラフのような地上設置型コロナグラフは、偏光を利用して空の明るさとコロナの画像を区別します。コロナ光と空の明るさはどちらも散乱された太陽光であり、スペクトル特性は似ていますが、コロナ光はほぼ直角にトムソン散乱されるため散乱偏光が生じ、太陽近くの空からの重畳光はかすめる角度でしか散乱されないため、ほぼ無偏光のままです。
コロナグラフ装置は、迷光除去と精密測光の極端な例です。なぜなら、太陽コロナからの全輝度は太陽の輝度の100万分の1以下だからです。 [ 1 ]コロナは全光量が少ないだけでなく、見かけ上のサイズが太陽自体よりもはるかに大きいため、見かけ上の表面輝度はさらに暗くなります。
皆既日食の間、月は遮蔽円盤として機能し、日食経路上のカメラは日食が終わるまでコロナグラフとして動作させることができます。より一般的なのは、空を不透明なスポットを含む中間焦点面に結像させる構成です。この焦点面は検出器上に再結像されます。別の構成は、小さな穴のある鏡に空を結像させるものです。目的の光は反射され、最終的に再結像されますが、星からの不要な光は穴を通過して検出器に到達しません。いずれの場合も、機器の設計では、不要な光が最終検出器に到達するのを最小限に抑えるために、散乱と回折を考慮する必要があります。リオの重要な発明は、リオストップとして知られるストップ付きレンズとバッフルの配置であり、回折によって散乱された光はストップとバッフルに集束され、そこで吸収されますが、有用な画像に必要な光はそれらを通過します。[ 2 ]
例えば、ハッブル宇宙望遠鏡やジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載されている撮像機器は、コロナグラフ撮影機能を備えている。
帯域制限コロナグラフは、帯域制限マスクと呼ばれる特殊なマスクを使用します。[ 3 ]このマスクは、光を遮断し、光を除去することによって生じる回折効果を制御するように設計されています。帯域制限コロナグラフは、中止された地球型惑星探査機コロナグラフの基本設計として機能しました。帯域制限マスクは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡にも搭載されています。
位相マスクコロナグラフ（いわゆる四象限位相マスクコロナグラフなど）は、光を遮る単純な不透明な円盤ではなく、透明なマスクを用いて恒星の光の位相をずらし、自己破壊的な干渉を起こす。
光渦コロナグラフは、中心を中心として方位角方向に位相シフトが変化する位相マスクを使用する。光渦コロナグラフにはいくつかの種類がある。
この方法は、太陽以外の恒星にも有効です。なぜなら、恒星は非常に遠くにあるため、その光は、この目的においては空間的にコヒーレントな平面波として扱われるからです。干渉を利用したコロナグラフは、望遠鏡の中心軸に沿った光を遮断しますが、軸から外れた天体からの光は透過させます。
宇宙空間のコロナグラフは、地上に設置された同じ装置よりもはるかに効果的です。これは、大気散乱が全くないため、地上のコロナグラフに存在する最大のグレア源が排除されるためです。NASA-ESAのSOHO、NASAのSPARTAN、Solar Maximum Mission、Skylabなどのいくつかの宇宙ミッションでは、コロナグラフを使用して太陽コロナの外縁部を研究しています。ハッブル宇宙望遠鏡（HST）は、近赤外線カメラと多天体分光器（NICMOS）を使用してコロナグラフィーを実行できます[ 6 ] 。また、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、近赤外線カメラ（NIRCam）と中赤外線装置（MIRI）を使用してコロナグラフィーを実行できます。2024年に打ち上げられたPROBA-3ミッションでは、別の宇宙船を自由飛行する外部遮光器として使用しました[ 7 ] 。
LASCOのような宇宙用コロナグラフは、空の明るさの問題を回避できる一方で、宇宙飛行の厳しいサイズと重量の要件の下で迷光管理という設計上の課題に直面します。鋭利なエッジ（遮光ディスクや光学開口部のエッジなど）があると、入射光がエッジの周囲でフレネル回折を起こします。つまり、衛星に搭載したい小型の機器は、大型の機器よりも必然的に多くの光が漏れてしまいます。LASCO C-3コロナグラフは、この光漏れを低減するために、外部遮光板（機器に影を落とす）と内部遮光板（外部遮光板の周囲でフレネル回折した迷光を遮断する）の両方を使用し、さらに複雑なバッフルシステムを用いて機器内部表面からの迷光の散乱を防いでいます。
Aditya-L1は、インド宇宙研究機関（ISRO）とインドの様々な研究機関によって開発されたコロナグラフ観測衛星です。この衛星は、太陽大気とその地球環境への影響を研究することを目的としています。地球と太陽の間のL1ラグランジュ点の周りのハロー軌道上に、地球から約150万km離れた位置に配置されます。[ 8 ] [ 9 ]
主要ペイロードである可視輝線コロナグラフ（VELC）は、太陽の画像を1日1,440枚地上局に送信する。VELCペイロードはインド天体物理学研究所（IIA）によって開発され、L1点から太陽コロナを継続的に観測する。[ 9 ] [ 10 ]
コロナグラフは近年、近傍の恒星の周りを公転する惑星を探すという困難な課題に応用されている。恒星コロナグラフと太陽コロナグラフは概念的には似ているが、掩蔽される天体の見かけの大きさが100万倍も異なるため、実際には大きく異なる。（太陽の見かけの大きさは約1900秒角であるのに対し、典型的な近傍の恒星の見かけの大きさは0.0005秒角から0.002秒角程度である。）地球型系外惑星の検出には10倍の観測時間が必要となる。−10のコントラスト。 [ 11 ]このようなコントラストを実現するには、極めて高い光熱安定性が必要です。
恒星コロナグラフの概念は、中止された地球型惑星探査ミッションでの飛行に向けて研究された。地上望遠鏡では、恒星コロナグラフを補償光学と組み合わせることで、近傍の恒星の周りの惑星を探索することができる。[ 12 ]
2008年11月、NASAは、近傍の恒星フォーマルハウトの周りを公転する惑星が直接観測されたと発表した。この惑星は、ハッブル宇宙望遠鏡の先進観測カメラのコロナグラフで2004年と2006年に撮影された画像ではっきりと確認できた。[ 13 ] コロナグラフのマスクで隠されていた暗い領域が画像に写っており、恒星自体の位置を示すために明るい点が追加されている。
2010年までは、望遠鏡で系外惑星を直接画像化できるのは、例外的な状況下に限られていました。具体的には、惑星が非常に大きく（木星よりかなり大きい）、主星から遠く離れており、高温で強い赤外線を放射している場合に、画像を取得しやすくなります。しかし、2010年にNASAのジェット推進研究所のチームは、ベクトル渦コロナグラフを用いることで、小型望遠鏡でも惑星を直接画像化できることを実証しました。[ 14 ]彼らは、以前に画像化されたHR 8799惑星を、わずか1つの望遠鏡で画像化することでこれを実現しました。 ヘール望遠鏡の1.5メートル部分。