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プラネタリウム（英:Planetarium）とは、惑星（英:planet）の運動を再現し映写する装置（天体投影機）をいいます。家庭用プラネタリウムは商業用のプラネタリウムを小型化し、自宅で手軽にプラネタリウムを楽しめるものにしたものです。現代の天体投影機は、惑星のみならず、恒星を含む星空全体とその運動を再現する装置へと進化しており、プラネタリウムは投影機のほか投影用スクリーンを含めた星空を再現するための天体投影設備を設置した施設全体を指すことも多い。ドーム状の建造物の内部に設置された投影機から星の像をスクリーンの役割を果たす天井に投影、さらに投影機を精密に動かすことで星空の運動を再現し、地球上の任意の場所・時代の星空を投影することができる機能を有したものが科学館や博物館を中心に設置されている。先進国を始めとする国の山間部には多くの公開天文台が設置され、その一環で併設されているプラネタリウムも多い。日本語では天象儀（てんしょうぎ）と訳されることもある。
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や生演奏でのコンサート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。
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。
恒星球と呼ばれる球形または半球形の恒星投影機の中心に光源となる電球（主にハロゲンランプやメタルハライドランプが用いられるが、近年では白色の高輝度LEDも用いられる）を設置し、その光を恒星の光に見立ててドーム内に投影する方式。恒星球の構造により、ピンホール式とレンズ式に大別される。また形状により、緯度軸を中心に恒星球が北半球用と南半球用とそれぞれ独立して存在する二球式と、北半球用･南半球用の恒星球を合わせてひとつの球形（またはほぼ球形）とした一球式に大別される。二球式はさらに、主にカール・ツァイスやコニカミノルタプラネタリウムが採用する緯度軸を中心として緯度軸→惑星投影機群（惑星棚と呼ぶ）→恒星球という順で構成されるツァイス型と、主に五藤光学研究所が採用する緯度軸→恒星球→惑星棚という順で構成されるモリソン型とに区別される（なお、五藤光学研究所のGSS-IおよびGSS-IIは惑星投影機群が独立して設置されているが、惑星棚を廃止したモリソン型である）。近年では、大型の二球式投影機は投影機本体により観客の視野が遮られてしまうことから減少傾向にある。
光学式における天体の運動は日周運動、方位、緯度、歳差の 4軸で制御される。ただし、歳差軸は一球式の場合省略されることがある。歳差軸を省略した場合は、歳差によって天の北極（南極）が移動した場合の日周運動を仮想軸を使って再現する。また、地平線下に恒星が投影されないように、主投影機には恒星シャッターが設けられている。恒星シャッターは重力式とXY制御式の2種類あるが、ドームが水平式の場合は重力式、傾斜式の場合はXY制御式を用いる（ドームの形式については後述）。また主投影機本体には恒星シャッターを設けず、恒星球をすだれ形シャッターで覆う方式をコニカミノルタプラネタリウムが採用している。
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）[1]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[2]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。
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、まれに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（一例として大阪市立科学館では、光学式投影機はコニカミノルタ製を使用しているがデジタル式投影機は五藤光学製を採用している。そのため、システム全体の呼称もコニカミノルタにおけるハイブリッドシステムの呼称である『ジェミニスター』は使用していない）。
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。
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。