Einführung in die Astronomie Teil 2 - Beobachtungsinstrumente

2.3 Das Teleskop



Refraktor


Leistungsmerkmale eines Teleskops

Die wichtigsten Merkmale eines Teleskops sind:
Qualität der Optik:
Ist die Optik schlecht, dann kann man keine feinen Details erkennen, und das Beobachten macht keinen Spaß mehr.

Stabilität der Montierung:
Ist die Montierung zu schwach, nützt einem auch die beste Optik nicht viel. Denn ein Teleskop, das auf einer zu schwachen Montierung steht, ist sehr anfällig für Schwingungen.

Objektivdurchmesser:
Der Durchmesser der Optik ist entscheident für die Leistungsfähigkeit eines Teleskops (gute Optik, stabile Montierung und gute atmosphärische Bedingungen vorausgesetzt). Je größer das Objektiv, desto schwächere Sterne und feinere Details zeigt das Fernrohr.

Absolut nebensächlich hingegen ist die Vergrößerung. Und das hat folgenden Grund: Ein Fernrohr besteht in der Regel aus einem Objektiv, welches ein Bild eines entfernten Gegenstands erzeugt, und einem Okular. Das Okular wirkt wie eine Lupe. Es vergrößert das vom Objektiv erzeugte Bild. Die Vergrößerung ist nun nichts anderes als Objektivbrennweite geteilt durch Okularbrennweite. Also:

Vergrößerung = Objektivbrennweite : Okularbrennweite

Da ein Teleskop in der Regel mit mehreren Okularen ausgeliefert wird, und man sich auch neue Okulare dazukaufen kann, kann man die Vergrößerung des Teleskops ganz nach Lust und Laune variieren, jenachdem welches Okular man benutzt. Man könnte also auf die Idee kommen, daß man jedes Fernrohr auf z.B. 400fach oder mehr hochjagen kann. Das ist theoretisch zwar richtig, es fragt sich nur, ob das auch etwas bringt: 1. wird bei höhere Vergrößerung das Bild immer blasser und dunkler, 2. wird das Gesichtsfeld immer kleiner, 3. vergrößert man auch das Flimmern der Luft, so daß das Bild bei höherer Vergrößerung immer unschärfer wird. Man sagt, daß die maximal sinnvolle Vergrößerung eines Teleskops dann erreicht ist, wenn die Vergrößerung dem doppelten Objektivdurchmesser in mm entspricht (also bei einem Fernrohr mit 100mm Objektivöffnung maximal 200fach). Eine noch stärkere Vergrößerung liefert zwar größere Bilder, führt aber nicht zum Erkennen von feineren Details. Man befindet sich im Bereich der "leeren" oder "toten" Vergrößerung. Erfahrungsgemäß glauben einem Anfänger sowas nicht sofort. Dagegen hilft nur eins: Ausprobieren - denn Versuch macht bekanntlich klug. Aber bitte nicht jammern, wenn man nichts sieht!
Die beste Vergrößerung für ein Himmelsobjekt hängt von verschiedenen Bedingungen ab. Möchte man einen großen Himmelskörper (z.B. Mond, Sternhaufen) ganz im Gesichtsfeld haben oder nur einen Ausschnitt? "Verträgt" das Objekt hohe Vergrößerung? (manche Objekte werden bei zu hoher Vergrößerung sogar unsichtbar!) Wie ruhig ist die Luft? usw. Es ist eine gute Idee, stets mit der schwächsten Vergrößerung zu beginnen, und sich dann schrittweise an höhere Vergrößerungen heran zu tasten. Auch das Auffinden eines Objekts wird dadurch sehr erleichtert!

Die Auflösung eines Teleskops wird durch den Objektivdurchmesser bestimmt. Der Grund dafür liegt in der Natur des Lichts: Licht kann als eine sogenannte "elektromagnetische Welle" betrachtet werden. Streicht nun das Licht an einem Hindernis (in diesem Fall die Objektiv- bzw. Spiegelfassung) vorbei, so wird es ein wenig abgelenkt (gebeugt, wie der Fachmann sagt). Diese Beugung führt dazu, daß ein punktförmiger Stern nicht mehr als Punkt von Teleskop abgebildet wird. Er wird stattdessen zu einem kleinen Scheibchen (dem sog. "Beugungsscheibchen") verschmiert.

Beugungsscheibchen 12kB
Beugungsscheibchen eines Doppelsterns im Fernrhor. Je größer die Öffnung, desto kleiner das Beugungsscheibschen

Je größer der Objektivdurchmesser, desto kleiner wird das Beugungsscheibchen und desto größer ist das Auflösungsvermögen des Teleskops. Ein Fernrohr mit 20cm Objektivdurchmesser wird daher bei 100facher Vergrößerung mehr Details zeigen, als ein Fernrohr mit nur 6cm Objektivdurchmesser bei doppelt so großer Vergrößerung.
Das Auflösungsvermögen eines Teleskops wird in Bogensekunden angegeben. Theoretisch kann man das Auflösungsvermögen nach folgender Formel berechnen:

Auflösungsvermögen in Bogensekunden = 11,5 : Öffnung in cm

Das Auflösungsvermögen spielt eine wichtige Rolle, wenn es darum geht eng beieinander stehende Sterne zu trennen oder feine Details auf Planeten zu beobachten. Natürlich muß man hierbei auch die Luftunruhe beachten.

Genau wie beim Fernglas, hängt die "Reichweite" eines Teleskops (d.h.: wie hell sind die schwächsten Sterne, die ich mit dem Teleskop noch sehen kann?) vom Durchmesser der Optik ab. Natürlich spielt hierbei die Dunkelheit (bzw. Helligkeit) des Nachthimmels eine wichtige Rolle. Folgende Tabelle kann Richtwerte für die Reichweite eines Fernrohres liefern:

Objektivöffnung
[mm]
     Grenzgröße
[mag]
     Lichtsammelvermögen
im Vergl. zum Auge
     Bei dieser Tabelle wurde davon ausgegangen, daß ein Beobachter mit einem Pupillendurchmesser von 6mm noch Sterne 6. Größe erkennen kann. In Großstadtnähe oder bei Mondlicht sind hier einige Abstriche zu machen, während man im Hochgebirge eventuell noch schwächere Sterne sehen kann.
50 10.669x
63 11.0110x
80 11.6177x
10012.1277x
15013.0625x
20013.61111x
25014.11736x
30014.52500x
40015.14444x

Nach dieser Tabelle würde man ein Fernrohr mit möglichst großer Öffnung anstreben. Man darf dabei aber nicht vergessen, daß ein großes Teleskop auch eine entsprechend stabile Montierung benötigt. Lebt man in der Stadt und muß zum Beobachten immer erst in die "Botanik" fahren, dann setzt schon die Forderung nach Transportabilität dem Streben nach mehr Öffnung ein Ende. Andererseits hat es keinen Sinn, ein Fernrohr mit weniger als 80mm Öffnung zu verwenden. Man sieht sonst einfach zu wenig.

Eine andere Tatsache, über die sich Einsteiger oft wundern, ist, daß das Bild im Fernrohr auf dem Kopf steht. Dabei handelt es sich nicht um einen Konstruktionsfehler. Fernrohrbilder stehen immer auf dem Kopf, es sei denn, man baut eine Zwischenoptik ein, die das Bild wieder umdreht. Derartige Zwischenoptiken sind aber immer mit einem winzigen Lichtverlust verbunden. In der Astronomie, wo es ja darum geht möglichst schwache Objekte zu beobachten, möchte man aber nun jedes bischen Licht ins Auge bekommen. Aus diesem Grund verzichtet man auf derartige Zwischenoptiken und akzeptiert lieber ein auf dem Kopf stehendes Bild.

Fernrohrtypen

Es gibt mehrere Arten, ein Teleskop zu konstruieren. Die bekannteste ist das Linsenfernrohr (Refraktor). Refraktor Der Refraktor besteht aus einem Objektiv am vorderen Tubusende und einem Okular am hinteren Tubusende. Refraktorobjektive bestehen heute aus mindestens zwei Linsen, da ein einlinsiges Objektiv störende Farbsäume um alle Beobachtungsobjekte herum erzeugt (Farbfehler). Durch den Einsatz von zwei oder mehr Linsen (teuer!) kann man diese Fehler bis auf kleine Reste unterdrücken.

Newton-Teleskop Eine Teleskopoptik muß nicht unbedingt aus Linsen bestehen. Man kann ein Teleskop auch aus Spiegeln konstruieren. Beim Newton-Teleskop wird das Bild durch einen Parabolspielgel am hinteren Tubusende erzeugt. Dummerweise liegt das erzeugte Bild aber mitten im Strahlengang. Daher ist ein kleiner Spiegel notwendig, der das Licht am oberen Tubusende seitlich hinaus wirft. In ein Newton-Teleskop schaut man also oben von der Seite hinein. Der Fangspiegel verursacht nicht etwa ein Loch im Bildfeld, aber er führt zu einer mehr oder weniger kleinen Bildverschlechterung gegenüber einem gleichgroßen Linsenobjektiv. Daher sollte man kein Spiegelteleskop nehmen, dessen Hauptspiegel kleiner als 10cm ist. Der unangenehmste Nachteil eines Newton-Teleskops ist, daß bei Spiegeln mit hoher Lichtstärke (d.h. große Öffnung und relativ kurze Brennweite) die Sterne am Bildfeldrand zu kleinen Komenten verzerrt werden (Koma). Jedoch lassen sich Newton-Teleskope wesentlich preiswerter herstellen als Linsenteleskope. Daher wird man zum Newton-Teleskop greifen, wenn man ein möglichst großes Teleskop haben will. Ein anderer Vorteil ist, daß Newton-Teleskope keine Farbfehler zeigen.
Schmidt-Cassegrain-Teleskop
Schmidt-Cassegrain-Teleskop
Maksutov-Teleskop
Maksutov-Teleskop
Andere Typen von Spiegelteleskopen sind die Schmidt-Cassegrain- und Maksutov-Teleskope. Auch hier wird das Bild von einem Spiegel erzeugt, der in der Mitte durchbohrt ist. Das Bild wird von einem Fangspiegel im Strahlengang durch das Loch im Hauptspiegel geworfen. Man schaut bei diesen Teleskoptypen, genau wie beim Linsenfernrohr, in das hintere Tubusende hinein. Am vorderen Tubusende befindet sich eine Korrekturlinse, die einige Bildfehler korrigiert. Der Nachteil dieser Teleskoparten ist, daß sie einen Fangspiegel im Strahlengang (bei Schmidt-Cassegrains ist dieser sogar recht groß) haben, der zur Bildverschlechterung führt. Der Vorteil dieser Teleskope ist, daß sie sehr kompakt sind, und man sie leicht zum Transportieren verstauen kann.
Ein weiterer Nachteil, den alle Spiegelteleskope gemeinsam haben, ist, daß Haupt- und Fangspiegel optimal auf einander ausgerichtet (justiert) werden müssen, um maximale Bildqualität zu liefern. Wird ein Spiegelteleskop öfters transportiert, so kann es sein, daß wegen der unvermeidbaren Erschütterungen beim Transport die Optik gelegentlich neu einjustiert werden muß.

Die Teleskopmontierung

Sternspuren Grob gesprochen unterscheidet man zwei Arten von Montierungen: azimutale und parallaktische. Mit einer azimutalen Montierung (z.B. Photostativ) kann man das Teleskop nur waagerecht und senkrecht bewegen. Für Erdbeobachtungen reicht das aus. Da die Sterne aber wegen der Erdrotation schräg über den Himmel laufen (siehe Abb.), muß man mit solch einer Montierung das Teleskop ständig um beide Achsen bewegen, um den Stern im Bildfeld zu halten. Das wird bei höheren Vergrößerungen sehr schnell lästig.
kein empfehlenswertes Teleskop Besonders unangenehm wird das, wenn die Montierung nicht über eine Feinbewegung in beiden Achsen verfügt. Das ist bei manchen Billigfernrohren der Fall. Damit ist es praktisch unmöglich, ein Objekt genau im Bildfeld zu zentrieren bzw. es im Bildfeld zu halten. Also: Finger weg von solchem Schrott!
Die nebenstehende Abbildung zeigt ein solches Billig-Teleskop. Derartige Teleskope werden meinstens auch mit Okularen, die eine viel zu hohe Vergrößerung liefern, verkauft. Anfänger wenden diese auch meistens sofort an. Mit der abgebildeten Montierung ist es kaum möglich ein Objekt bei hoher Vergrößerung längere Zeit im Bildfeld zu halten. Ein zweiter Nachteil ist, daß die Montierung beim Beobachten in Zenitnähe anfängt, sich durchzubiegen. Dadurch wird das Einstellen eines Objekt sehr schwierig, denn man muß immer vorausahnen um wieviel sich die Montierung durchbiegt.

biegsame WellenAuch von der rechts gezeigten Montierung sollte man lieber die Finger lassen. Zwar verfügt die Montierung über eine Feinbewegung in beiden Achsen, jedoch handelt es sich dabei um biegsame Wellen (siehe Pfeile in rechter Abb.). Hat man diese einmal berührt, so schwingen sie immer noch einige Zeit nach und verwackeln dadurch das Teleskop. Besonders beim Beobachten mit hoher Vergrößerung wird das extrem störend.

unbiegsame Wellen Man sollte lieber eine Montierung nehmen, bei der diese Wellen aus unbiegsamen Metall gefertigt sind (siehe Pfeil in Abb. links) bzw. biegsame Wellen durch solche ersetzen. Außerdem macht die hier gezeigte Montierung einen wesentlich stabileren Eindruck als die rechts oben gezeigte.

computergesteuerte Montierung Daneben gibt es azimutale Montierungen mit Computersteuerung. Die Nachführung in beiden Achsen und auch das Einstellen der Beobachtunsobjekte erledigt ein kleiner Computer. Man braucht das Teleskop nur einmal anhand von 2 Sternen auszurichten. Danach weiß der Computer sofort, wo jedes seiner gespeicherten Himmelsobjekte (einige Tausend) zu finden ist und wie er das Teleskop bewegen muß, damit das Objekt immer im Bildfeld bleibt. Der Beobachter braucht nur die Nummer oder die Koordinaten des gewünschten Objekts einzugeben, und den Rest erledigt der Computer. Eine sehr feine Sache. Jedoch steht und fällt das Ganze mit der Genauigkeit, mit der das Teleskop anfangs ausgerichtet wurde.
Bei Profis sind derartige Montierungen schon seit einger Zeit in Mode (Beispiel: das 3.5m New-Technology-Telescope der ESO).
Für Astrofotografie sind derartige Montierungen nicht geeignet, da das Bildfeld bei längerer Belichtungszeit anfängt, sich um den Leitstern zu drehen. Es sei denn, man verwendet - wie bei Profis üblich - einen Bildfeldrotator, um die Bildfelddrehung auszugleichen oder eine sogenannte Polhöhenwiege. Letzteres ist nichts anderes als eine Neigevorrichtung mit der man die vertikale Achse soweit neigt, bis sie genau parallel zu Erdachse liegt. D.h. man macht aus der azimutalen Montierung eine parallaktische (siehe Abb. unten).

Dobson-TeleskopDobson-Teleskope (siehe Abb. links) sind ebenfalls azimutal montiert. Von der Bauweise her ist ein Dobson nichts weiteres als ein azimutal montiertes Newton-Teleskop. Eine gute Dobson-Montierung ist so leichtgänig, daß man das Teleskop schon durch antippen mit einem Finger nachführen kann. Der größte Vorteil der Dobson-Teleskope ist, daß sie einfach konstruiert und damit leicht selbst zu bauen und auch billig sind. Dobson-Teleskope erlauben es dem Amateur zu recht großen Öffnungen zu gelangen, ohne sich gleich finanziell zu ruinieren. So hat das hier gezeigte Dobson-Teleskop eine Öffnung von 83cm!

Parallaktische Montierung Eine parallaktische Montierung ist so konstruiert, daß man das Fernrohr nur um eine Achse, der sog. Stunden- oder Polachse, bewegen muß, um der Erdrotation zu folgen. Wird an dort ein Motor angeschlossen, der diese Achse mit der richtigen Geschwindigkeit dreht, dann braucht man sich um die Nachführung nicht mehr zu kümmern. Jedoch verlangt eine solche Montierung mehr Sorgfalt beim Aufstellen (die Stundenachse muß genau zum Himmelspol hin ausgerichtet werden) und ist auch für Anfänger nicht so einfach zu bedienen wie eine azimutale Montierung.
Parallaktische Montierungen gibt es in verschiedenen Varianten. Am gebräuchlichsten sind die sog. "deutsche" und die Gabelmontierung. Die Deutsche Montierung hat den Nachteil, daß das Fernrohr durch ein Gegengewicht ausbalanciert werden muß. Jedoch eignet sich die Gegengewichtsachse hervorragend, um dort eine Kamera für Astrofotografie anzubringen (siehe nebenstehende Abbildung). Außerdem läßt sich eine deutsche Montierung recht steif konstruieren.

Gabelmontierung Bei einer parallaktisch montierten Gabelmontierung entfällt das Gegengewicht. Der Nachteil der Gabelmontierung ist aber, daß bei einem Einsatz dieser Montierung in niedrigeren geographischen Breiten recht ungünstige Belastungsverhältnisse an der Gabel entstehen. Außerdem ist eine stabile, d.h steife Gabel sehr schwer herzustellen und zu bearbeiten. Diese Montierung ist in erster Linie für kleine und kompakte Teleskope oder für azimutal montierte Schmidt-Cassegrains und Maksutov-Teleskope geeignet.
Von einer azimutalen Gabelmontierung unterscheidet diese Montierung nur durch eine sog. Polhöhenwiege (siehe Pfeil).

Teleskopzubehör

Okulare

Okulare Zu diesem Thema gibt es schon sehr gute Abhandlungen im WWW. Wie z.B. Okulare und okularseitiges Zubehör in den Artikel für Amateurastronomen von Wolfgang Strickling. Daher möchte ich mir aus Faulheit hier jedes weitere Wort über Okulare sparen - Sorry for that :-)


Sucher

Sucherfernrohre Sucherteleskope sind eine Art Zielfernrohr für's Teleskop. Sie dienen dazu, ein Himmelsobjekt schneller finden zu können. Darum verfügen sie über ein großes Gesichtsfeld (ca. 5° und mehr) und eine hohe Lichtstärke. Man sollte keine Sucherfernrohre verwenden, die kleiner als 6x30 sind. Noch besser sind allerdings 7x50 Sucher. Kleine astronomische Fernrohre werden in der Regel mit 5x24 Suchern ausgeliefert. Diese Sucher bringen nicht viel, denn man sieht dadurch einfach zu wenig. Zu allem Übel kann es bei manchen billig konstruierten 5x24 Suchern noch vorkommen, daß das Sucherobjektiv durch eine interne Blende auf ca. 8mm abgeblendet ist. Der Grund für diese Maßnahme liegt darin, daß man aus Konstengründen nur ein einlinsiges Sucherobjektiv verwendet hat. Einlinsige Objektive zeigen aber enorme Farbfehler, d.h.: die Objekte, die man mit einen solchen Objektiv betrachtet, sind mit einem farbigen Saum umgeben. Zwar kann man diese störenden Farbsäume unterdrücken, indem man das Objektiv einfach abblendet. Jedoch geht das dann auf Kosten von Lichtstärke und Bildhelligkeit. Solche Sucher sind vollkommen nutzlos, denn man sieht damit nicht viel mehr als mit dem blossen Auge. Besser wäre es gewesen, man hätte ein zweilinisiges Objektiv (so wie man es in den meisten Refraktoren findet) verwendet. Derartige Billigst-Sucher sollte man sofort gegen mindestens einen 6x30 Sucher austauschen.

Reflex-Sucher Genau so ein Schrott sind sog. Reflexsucher. Sie bestehen aus einem Spiegel, der bei Bedarf in den Strahlengang des Teleskops hineingeschwenkt werden kann und das Licht dann in die Sucheroptik lenkt. 1. sind die Umlenkspiegel in der Regel viel zu klein ausgelegt, sodaß sie nur einen Bruchteil des Lichts umlenken. 2. kann man über diese Sucher nicht so gut hinweg peilen wie über ein richtiges Sucherfernrohr. 3. dejustieren sich diese Sucher beim häufigen Ein- und Ausklappen des Umlenkspiegels sehr leicht, so daß sie oft nachjustiert werden müssen.

Telrad-Sucher Daneben gibt es noch sog. "Telrad-Sucher". Ein Telrad ist eine Visierhilfe für das Anpeilen eines Objekts mit dem bloßem Auge. Es besteht aus einer Plexiglas-Scheibe, in der Kreise mit einem Durchmesser von 0.5, 2 und 4° eingeblendet werden. Das Telrad ist eine sehr nützliche Sache, denn das Einstellen von Objekten, die man schon mit bloßem Auge sieht, geht damit schneller als mit manchem Sucherfernrohr. Ich kenne mehrere Amatuere, die es nicht mehr missen wollen.

Polsucher Eine andere, recht nützliche Erfindung, sind die Polsucherfernrohre. Sie dienen dazu die Stundenachse eines Teleskops schneller auf dem Himmelspol ausrichten zu können. Es gibt zwei Arten von Polsuchern: bei der 1. handelt es sich um ganz normale Sucherfernrohre, in denen lediglich eine Winkelskala zum Ausrichten des Teleskops mit Hilfe des Polarsterns eingebaut ist. Bei der 2. Art von Polsuchern handelt es sich ebenfalls um kleine Fernrohre mit Winkelskala. Jedoch sind diese Polsucher direkt in die Stundenachse der Montierung eingebaut.

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