プラネタリウム

前史

アルキメデスは、太陽・月・惑星の運行を再現する装置を所持していたとされる。キケロの著作によれば、紀元前1世紀にギリシャの哲学者、ポセイドニオスがアンティキティラ島の機械として現在知られている機械を製作したと記述されている。この機械は太陽と月、その当時知られていた、水星、金星、地球、火星、木星、土星の惑星運行を再現するものであったらしい。1901年にアンティキティラの沈没船からアンティキティラ島の機械が発見されたことにより、そのような天体の運行を再現する装置は紀元前に既に存在していたことが実証された。
ヨハンネス・カンパヌス (1220-1296) はTheorica Planetarum （太陽系儀）を建設した。1348年から1364年にかけて時計師のジョバンニ・デ・ドンディはアストラリウムを製作した。近代的な太陽系儀は1704年に時計師のジョージ・グラハムとトーマス・トンピョンによって作られた。グラハムは自らのパトロンだった、アイルランドの第4代オーラリー伯爵の名を取って、この太陽系儀を「オーラリー」と名づけた。以降、英語圏では太陽系儀のことを「orrery」(オーラリー)と呼ぶようになる。
18世紀において、小型のオーラリーは迫力を欠いていた。18世紀末には複数の教育者達が、大型の天界を再現する装置を造った。アダム・ウォーカー（1730-1821）と彼の息子たちが製作した"Elaborate Machine" は全高12フィート、27インチ径のもので、垂直に立てられていて球体は巨大で目立っていた。その装置は説法に用いられた。
現存する最古の作動する惑星運行儀は、オランダのフラネカーに見ることができる。アイゼ・アイジンガー（1744-1828）によって彼の居室に7年の歳月をかけて製作され、1781年に完成した。
日本では江戸時代末期の1851年に田中久重によって上部に天象儀を備えた万年自鳴鐘が製作された。
このような機械仕掛けで天体の運行を再現する惑星運行儀は、日本では一部の博物館に展示されている程度である。デアゴスティーニ・ジャパンから2009年01月13日から2011年01月06日にかけて通算103巻の｢週刊 天体模型太陽系をつくる｣が刊行されている。

光学式プラネタリウムの開発

世界初の近代的なプラネタリウムは、1923年、ハイデルベルクのバーデン天文台の主任研究員であったマックス・ヴォルフとドイツ博物館のオスカル・フォン・ミラーが、天体運行の再現による説明を行うためにイェーナのカール・ツァイス社に依頼し、ツァイス社の技師であったヴァルター・バウアースフェルトによって発明されたものである。「ツァイスI型」と名付けられたこの投影機は、北天用の1個の恒星球と惑星棚を備え、約4500個（おおよそ6等星まで）の投影を行うことができた。恒星原板の採用や、集光レンズを使用してドーム内に星像を投影するという現在の光学式（レンズ式）プラネタリウムの基本的原理は、この時点でほぼ完成している。この投影機はドイツ博物館に収蔵されている。

日本におけるプラネタリウムの歴史

日本で最初に設置されたプラネタリウムは、1937年に大阪市立電気科学館（のちの大阪市立科学館）に設置されたカール・ツァイス・イェーナ社製「ツァイスII型」である。これは、アジアで最初に設置されたプラネタリウムでもあった。同型が1938年に有楽町の東日天文館に設置されたが、1945年に戦災で焼失した。
戦後、1957年には東京・渋谷に天文博物館五島プラネタリウムが、1960年には兵庫県明石市に明石市立天文科学館が、1962年には名古屋市に名古屋市科学館が開館した。
日本国産として最初に開発されたプラネタリウムは、1958年に、千代田光学精工(株)（のちのコニカミノルタ）が市井の発明家・信岡正典が開発したプラネタリウムを甲子園阪神パークで開催された科学博に出展。この投影機はそのまま常設され、その後福岡、広島などにも設置されていった。
一方、五藤光学研究所は1959年に製作したM-I型投影機（当時の価格で約800万円）である。この投影機は静岡県清水市（のちの静岡市清水区）の富士観センターや東京・浅草公園六区の新世界ビルなどに設置され、うち1台は1960年ニューヨークの国際見本市に出品、見本市終了後にコネチカット州のブリッジポート博物館へ販売され、1962年に一般公開された
現在、五藤光学研究所とコニカミノルタプラネタリウムは、2社を合わせて世界のプラネタリウムの半数近いシェアを抱えるトップメーカーとなっている。
また、大平貴之が個人で製作し、1998年にロンドンで初公開されたメガスターは、従来比100倍に相当する投影恒星数150万個を再現し、世界のプラネタリウム専門家を驚かせた。その後、本人により設立された大平技研によって開発・運用されているメガスターIIは、恒星投影数約500万個（12.5等星まで）に拡張され、日本科学未来館や川崎市青少年科学館などに設置されて話題となった。さらに2008年6月、シカゴで行われたIPS（国際プラネタリウム協会）大会で初めて発表されたスーパーメガスターIIは、約2200万個（13等星まで）の恒星を投影することが可能である。2012年7月7日に投影を開始した東京の多摩六都科学館のプラネタリウム（五藤光学研究所製、直径27.5m）は世界最多の1億4,000万個の恒星を投影する。
2006年現在、プラネタリウムを最も多く保有している国はアメリカで約1200基、その次に日本の約300基が続いている。
投影用のドームとしては、2011年3月に名古屋市科学館に新設された直径35メートルのものが世界最大である。名称はブラザーアース（ブラザー工業がネーミングライツを獲得）。

投影される内容

主に季節毎の星空を、星空にまつわる話を交えて投影することが多い。投影機で星を投影する以外にも、OHPやスライドプロジェクタなどを利用してドーム内に絵を映し出すなど、話の進め方にもさまざまな工夫を凝らしている。また、流星群や日食、彗星の接近などの天文イベントがある場合は、それらの話題も加わることが多い。施設によってはアニメーションの上映や、CDや生演奏での演奏会といった天文学習ではない「癒し」を目的としたイベント、実際の天体観測とリンクしたイベントなど、投影の仕方も多彩になっている。投影される内容は「番組」と呼ばれ、プラネタリウム番組専門の製作・供給会社が製作したもののほかに、各施設の職員が投影する番組を自ら作成する「お手製番組」がある。投影方法自体も、あらかじめプログラムした内容で投影機を自動で作動させ、自動的に投影する方法（俗にオート番組と呼ばれる）と、オペレーターがその場で解説を行い、それに併せて投影機も手動（もしくは半自動）で操作するという投影方法（俗に生番組と呼ばれる）、あるいは両者の組み合わせなど、各施設で特色のある内容となっている。

主投影機

電球の光を使って星像を投影する光学式、ビデオプロジェクターを使ってドーム全面に映像を投影するデジタル式、その両方を取り入れたハイブリッド式に大まかに分類される。

デジタル式投影機

デジタル式では、ドームの全面または一部を1台または複数のビデオプロジェクターを使って映像を投影する。1台のプロジェクターを使用する場合は魚眼レンズを使うことが多いが、解像度および輝度の点で満足できないことが多い。最初のデジタル式プラネタリウムと言えるのはアメリカのエバンズ&サザーランド（Evans & Sutherland）が開発したDigistar（デジスター）である。これは魚眼レンズを用いる方式であった。なお、Digistarは白黒でベクトル式描画である。その後、五藤光学研究所により複数のビデオプロジェクターを組み合わせてドームに投影する方式を採用したVirtuarium（バーチャリウム）が開発・商品化される。Virtuariumはカラーでラスター式の描画である。Virtuariumに続いて同様の方式に基づいた、エバンズ&サザーランドのStarRider（その後Digistar 3に続く）、アメリカ・スカイスキャン（Sky-Skan Inc.）のSkyVision（その後DigitalSky2 に続く）、スピッツのDigiDome、カール・ツァイスのADLIPなどが開発された。また、小規模ドーム用に魚眼レンズを用いて投影するMEDIAGLOBEがコニカミノルタプラネタリウムによって販売されている。
デジタル式プラネタリウムはコンピュータグラフィックスなどを使って自由に映像を展開できる点で、プラネタリウム番組の表現力が大幅にアップするメリットがある。その反面、プロジェクターの進歩こそあるものの、恒星の輝き方や宇宙の暗黒部の再現といった部分は現在でも光学式には遠く及ばない。アメリカではデジタル式が流行しているが、光学式に対する根強い支持もある。
2019年、エバンス&サザーランドが全く新しい映像システム「DomeX」を発表。これは従来投影スクリーンとして利用していたドーム全体にLEDを取りつけてドーム全面をLEDディスプレイ化したもので、｢投影｣という従来の常識を根底から覆す画期的な映像システムとして注目されている。

ハイブリッド式投影機

光学式投影機とデジタル式投影機を両方設置し、投影する番組の内容に応じてそれぞれの投影機を別々にも同時にも使用可能としたシステムを指す。光学式の精緻な星像とデジタル式の自在な映像という双方の利点を併せ持ち、より臨場感溢れる番組制作および投影が可能となる反面、複数の投影機が必要となることからイニシャルコストの面ではどうしても割高になってしまう欠点もある。また、投影機を複数台稼動させることに伴う操作系の複雑化や、システムの特色を最大限に生かした番組を制作しようとする場合、番組製作に掛かる時間的コストや人的コストも無視することはできない。
ハイブリッド式投影機に用いられる機材（光学式投影機とデジタル式投影機）はほとんどの場合同一のメーカーで揃えることが多く、投影機メーカーもこうした運用に対応した機材を各種ラインアップしている（五藤光学研究所のCHIRON、コニカミノルタプラネタリウムのジェミニスター、カール・ツァイスのUNIVERSARIUMなど）が、導入する側の意図により、光学式投影機とデジタル式投影機が異なるメーカーになることもある（例えば大阪市立科学館では、光学式投影機はコニカミノルタ製、デジタル式は五藤光学製を採用し、名古屋市科学館では、光学式はカール・ツァイス製、デジタル式はコニカミノルタ製である）。
このように導入時や運用時におけるコストなどの問題はあるものの、多彩な投影と柔軟な運用が可能であることからハイブリッド式投影機の需要は高く、現在、施設の新規建設・改築や既存機材の老朽化にともなう投影機の更新や入替の際にハイブリッド式投影機を導入する施設は増加している。
なお、『ハイブリッドプラネタリウム』という呼称で呼ばれることもあるが、この呼称は五藤光学研究所の登録商標である。

投影ドーム

ドームの形状としては、大きく水平式と傾斜式に分けられる。水平式は実際に空を見上げたようにお椀型のドームをかぶせたような形状で、実際に野外で星空を眺める行為により近く、直感的である。水平式の場合は座席を投影機を中心とした同心円状に配置することが多かったが、解説映像を見せながら進行する番組が増えてきた影響で、特定の方向を向くように並べる方式も採用されている。
一方傾斜式は、ドームを5-30度ほど傾け、座席を一方向に向けて階段状に配置する方法である。この方式のメリットは、どの座席に座っても比較的プラネタリウムの投影像を見やすいことである。ただし、IMAXなどの全天周映像が同時に導入される機会が増えたこととも無関係ではない。このような構造を採用した施設を宇宙劇場（Space Theater）と呼ぶことがある。
なお、体育館のような広い屋内の空間に設置して映写できる移動可能な簡易型のものとしてエアドーム式の投影ドームがある。

その他

天文雑誌や科学雑誌を編集している出版社などからも、厚紙製のプラネタリウムが工作用に出版されている。これは、ピンホール型の製品であり、厚紙を切り抜き、針で穴を開け、組み立てる。なお、中心部に豆電球を取り付けることで、簡単に組み立てることが可能である。
また、学校教育用に開発された製品の中には、投影用の小さなドームを含むものもある。これは、理科資料室などへ移動して簡単にしまうことができるため、一時期数多くの学校などにおいてあった製品でもある。
2009年は世界天文年2009で各地の公開天文台やプラネタリウムで関連イベントが開催された。