Physik-Teleskop

1.Physik-Teleskop

Der Begriff „Teleskop“ geht über die optische Astronomie (sichtbares Licht, UV und Infrarot) hinaus bis zum Bereich von Röntgen- bzw. Radiostrahlung. Er wird gelegentlich noch weiter verallgemeinert auf Detektorarrays, die eine Rekonstruktion der Einfallsrichtung der detektierten Strahlung erlauben. Ein Beispiel dafür ist der Begriff „Neutrinoteleskop“ der stellenweise in der Literatur verwendet wird.[2] Ferner wird der Begriff auch für optische Baugruppen verwendet, die wie ein optisches Teleskop aufgebaut sind, aber die nicht der Beobachtung ferner Gegenstände dienen. Ein Teleskop kann z.B. zur Strahlaufweitung (Vergrößern des Strahldurchmessers) von Lasern verwendet werden, um den Strahl über größere Entfernungen übertragen zu können oder um dessen Intensität zu verringern.

Teleskoparten [Bearbeiten]

Je nach dem Frequenzspektrum beziehungsweise Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung unterscheidet man:

• 
  Röntgenteleskope
  
• 
  optische Teleskope (Fernrohre und Spiegelteleskope)
  
• 
  Infrarotteleskope
  
• 
  Radioteleskope.
  

Von den Weltraumteleskopen abgesehen sind sie auf die Wellenlängen des Astronomischen Fensters angewiesen, in denen die Strahlung von der Erdatmosphäre nicht oder wenig absorbiert wird. Ein möglichst hochgelegener, klimatisch trockener Standort ist dabei von Vorteil.

Um Teleskope auf ein astronomisches Objekt richten zu können, werden sie zumeist auf einer Montierung angebracht. Ausnahmen sind feststehende Großteleskope wie das Arecibo-Observatorium oder Weltraumteleskope, die anders positioniert werden.

Es gibt ein reichhaltiges Teleskopzubehör (siehe weiter unten), angefangen von Filtern bis hin zu unterschiedlichsten Okularen. Hochmoderne Hexapod-Teleskope können mit Hilfe von lineartechnischen Aktuatoren frei in allen drei Raumrichtungen ausgerichtet werde

Das Spitzer-Weltraumteleskop (engl. Spitzer Space Telescope, SST), früher SIRTF (von engl. Space Infrared Telescope Facility) genannt, ist ein nach dem Astrophysiker Lyman Spitzer benanntes Infrarotteleskop. Es wurde am 25. August 2003 noch unter dem Namen SIRTF mit einer Delta II-7920H-9.5-Rakete von Cape Canaveral aus gestartet und dann umbenannt. Es ist neben dem Hubble Space Telescope, dem Chandra X-Ray Observatory und dem Compton Gamma Ray Observatory Teil des Great Observatory Program der NASA. Spitzer ist für eine Lebensdauer von 5 Jahren konzipiert. Das Kühlmittel für die ursprünglich auf minus 271 Grad Celsius heruntergekühlten Detektoren ist seit Mitte Mai 2009 aufgebraucht, so dass damit die Hauptmission des Weltraumteleskops beendet ist. Nach dem Anstieg der Temperatur auf 31 Kelvin (-242°C) können weiterhin die beiden kurzwelligen Kanäle der Infrarotkamera IRAC – die NASA hofft bis 2014 – genutzt werden.

Einfaches optisches Spiegelteleskop nach Newton-Bauart mit Sucher für den Hobby-

Gebrauch.

Wozu dient eigentlich ein Teleskop in der Amateurastronomie?

Ein astronomisches Fernrohr hat folgende Aufgaben zu erfüllen:

1. 
   Es soll weit entfernte kleine Himmelsobjekte (Planeten) vergrößertzeigen
   
2. 
   Es soll viele Details auf Sonne und Mond zeigen, auch bei unruhiger Luft
   
3. 
   Es soll möglichst schwache Sterne zeigen
   
4. 
   Es soll möglichst schwache Nebel (Galaxien, Nebel, Kometen) zeigen
   
5. 
   Es soll den Beobachter bei der Suche nach schwachen, kaum sichtbaren Objekten helfen
   
6. 
   Es soll fotografische Himmelsaufnahmen ermöglichen bzw. unterstützen
   
7. 
   Es soll gut transportabel sein zum Einsatz auf Exkursionen
   
8. 
   Und dann soll das Ganze auch noch bezahlbar bleiben!
   

Alle diese Forderungen auf einmal kann kein Fernrohr optimal erfüllen. Zum Teil widersprechen sie sich auch gegenseitig. So hat jeder Bautyp seine unterschiedlichen Stärken und Schwächen. Der Interessent sollte sich überlegen, wo die persönlichen Schwerpunkte liegen und welche Fernrohreigenschaften ihm vielleicht weniger wichtig sind!

die optischen Grundlagen.

Unveränderliches, und deshalb fast der wichtigster Teil des Fernrohres ist die abbildende Optik, das Objektiv oder der Hauptspiegel.Der für die Leistung entscheidendste physikalische Parameter ist der Objektivdurchmesser. Ein möglichst großer Durchmesser sammelt viel Licht und zeigt deshalb auch sehr schwache Objekte. Außerdem ist das Auflösungsvermögen (= die "Detailschärfe") des Fernrohres abhängig von der Größe des Objektives. Je größer, desto feiner die Auflösung. Eine gebräuchliche Maßeinheit dafür ist die Bogensekunde. Eine Bogensekunde ist der 3600ste Teil eines Grades oder der 1.296.000ste Teil eines Kreises. Unter diesem Winkel erscheinen z. B. zwei Autoscheinwerfer in der Entfernung Ruhrgebiet - Bremen. Um diese winzige Distanz zu trennen, braucht man schon Objektive von mindestens 12 cm Durchmesser. Ein halb so großes Objektiv zeigt dann auch nur die Hälfte...Auch bei noch so hoher Vergrößerung und perfekter Qualität kann ein Objektiv keine feineren Details abbilden, als das Auflösungsvermögen wegen der Wellennatur des Lichtes physikalisch zuläßt!

Zweites wichtiges Merkmal des Objektives ist die Brennweite. Sie ist allerdings für die Leistung weniger entscheidend. Ein Objektiv kleinerer Brennweite erzeugt im Vergleich zu einem anderen Objektiv gleichen Durchmessers ein helleres Bild, was vor allem für Astrofotografen wichtig ist. Das Verhältnis aus Objektivdurchmesser und Brennweite heißt auch Öffnungsverhältnis (oder bei Fotoobjektiven "Blende"). Bei der Beobachtung durch ein Okular hängt die Bildhelligkeit aber nur vom Objektivdurchmesser und der Vergrößerung ab, so dass die Lichtstärke des Objektives für den (visuellen) Beobachter relativ unwichtig ist. Eine kurze Brennweite bedeutet aber im allgemeinen auch eine kurze Baulänge des Fernrohres und damit niedriges Gewicht, bessere Transportfähigkeit und einfachere Handhabung. Erkauft wird die kompakte Bauweise aber meistens mit einer aufwendigeren optischen Konstruktion, um die Bildfehler der lichtstarken Optiken in den Griff zu bekommen. Faustregel: Kurzbrennweitige Objektive sind entweder teuer oder schlecht...

Abb. 1:das klassische Linsenteleskop (Refraktor)

Um das Bild des Objektives auch betrachten zu können, bedarf es eines Okulares.Es wirkt wie eine Lupe. Man kann für ein einfaches Selbstbaufernrohr tatsächlich auch starke Lupen als Okular verwenden (und sollte sich über diverse Bildfehler nicht wundern). Über das Okular wird eine wichtige Eigenschaft des Teleskops gesteuert:

Die Vergrößerung

Da die Vergrößerung eines Fernrohres berechnet sich forgendermaßen:

Vergrößerung = Objektivbrennweite / Okularbrennweite

Da sie das Verhältnis aus Objektivbrennweite zu Okularbrennweite ist, sind die Okulare nur eingesteckt und können für unterschiedliche Vergrößerungen ausgewechselt werden. Um verschiedene Vergrößerungen an seinem Fernrohr zu bekommen, braucht man also lediglich verschiedene Okulare. Mit einer entsprechenden Brennweitenkombination ist also theoretisch jede beliebige Vergrößerung realisierbar, ob sie nun sinnvoll ist oder nicht.

Reflektoren brauchen einen kleinen Fangspiegel, der in der Regel

mitten im Strahlengang des Fernrohres liegt. Dadurch entsteht zwar kein "Loch" im Bild, und auch der Lichtverlust durch die Abschattung (Obstruktion) schlägt mit wenigen Prozent nur unwesentlich zu Buche. Gravierender ist die durch Lichtbeugung am Fangspiegel und dessen Halterung entstehende Verminderung der Schärfe und des Kontrastes. Außerdem wirft ein Spiegel nur maximal 90 % - 95 % des einfallenden Lichtes zurück, der Rest wird verschluckt und geht verloren.

Abb. 2: Newton-Reflektor

Vor allem wer ein Teleskop mit sehr großer Öffnung oder Lichstärke haben möchte (Öffnungsverhältnis besser als 1:8), für den kommt aus Kostengründen praktisch nur ein Spiegelteleskopin Frage. Qualitativ gute Linsensysteme sind in diesen Dimensionen praktisch unbezahlbar oder man muss deutliche Abstriche bei der Qualität machen. Wie beschrieben, ist die Domäne der Refraktoren sind eher die Sonnen-, Mond- und Planetenbeobachtung, wo es auf hohen Kontrast bei starker Vergrößerung und weniger auf die Lichtstärke ankommt. Allerdings sind die immer häufiger angebotenen lichtstarken Refraktorobjektive (Öffnungsverhältnisse besser als 1:8) wegen der dabei fast unvermeidlichen Farbfehler trotz z. T. recht hoher Kosten nicht unbedingt geeignet, ein gleichteures Spiegelteleskop am Planeten das Fürchten zu lehren!Und wer viel Öffnung für lichtschwache Objekte haben möchte, fährt mit einem großen Spiegelteleskop ohnehin besser.Fazit: ein Reflektor bietet fast immer mehr Leistung fürs Geld als ein gleichteurer Refraktor!

Wer oft auf Exkursionen fährt und dafür ein großes und trotzdem transportables Instrument haben möchte, der sollte sich mal nach den Schmidt-Cassegrain- Cassegrain oder den ähnlichen Maksutov-Teleskopen umsehen. Sie sind deutlich kompakter als die klassischen Refraktoren oder der Reflektor nach Newton. Allerdings raubt der erforderliche größere Fangspiegel und ggf. die Korrektionsplatte wieder etwas Licht und Schärfe, so dass Ihre Leistung nicht sehr wesentlich über dem eines halb so großen Refraktors liegen. Außerdem sind diese Geräte u. U. recht justieranfällig! Ebenso gut zu transportieren, aber besser in der Qualität sind Newtons auf einer Dobson-Montierung.

Abb. 3: Schmidt-Cassegrain Teleskop

Unterm Strich kann man sagen: Ein Spiegelfernrohr leistet höchstens soviel, wie ein Linsenteleskop der folgender Größe: Hauptspiegeldurchmesser minus Fangspiegeldurchmesser. Allerdings ist es meist trotzdem noch einiges preiswerter...

Die Montierungen

Zwei wichtige Typunterschiede gibt es bei Montierungen:1) die azimutale Montierung2) die parallaktische oder äquatoriale Montierung.

Typ 1 (azimutal) kennt man von Foto- oder Videostativen: Die senkrechte Achse schwenkt das Fernrohr nach rechts und links, die waagerechte schwenkt nach oben und unten. Die meisten ganz einfachen astronomische Fernrohre haben solche Montierungen.

Nachteil einer azimutalen Montierung ist, dass man stets in beiden Achsen nachführen muss, denn die Gestirne gehen bei uns nie senkrecht auf oder unter. Stets beschreiben sie mehr oder weniger stark geneigte Kreisbögen am Himmel, denen man bei der Beobachtung mit dem Fernrohr folgen muss. Eine Renaissance erlebt dieser Montierungstyp bei den neuen computergesteuerten "Goto-Teleskopen", wo ein Computer die Nachführarbeit abnimmt. Allerdings sind mit azimutalen Montierungen auch bei Computernachführung keine langbelichteten Astrofotos möglich, da sich das Bildfeld mitdreht und theoretisch durch eine dritte Achse ausgeglichen werden müsste.

Erddrehung kompensieren. So schaut das Fernrohr am Himmel immer in die gleiche Richtung. Genau diesem Prinzip folgt die parallaktische (äquatoriale) Montierung (Typ 2). Seine sog. Stundenachse steht in unseren Breiten um ca. 50 Grad schräg nach oben geneigt und zeigt zum Himmelspol. Ihre Neigung entspricht genau der geographische Breite. Komfortable Montierungen besitzen sogar einen eigenen Polsucher, um die Montierung genau auf den Polarstern einzustellen und einen Motor, um die Erddrehung zu kompensieren.

Die Montierung muss noch auf einem passenden STABILEN Stativ oder einer Säule stehen. Holzstative sind zwar leicht und praktisch, ob sie aber ein größeres Fernrohr fest und verwacklungsfrei tragen können, sollte man vor dem Kauf sorgfältig und kritisch prüfen! Hier können geschickte Bastler durch Selbstbau viel Geld sparen.

Da die Ursache der Gestirnsbewegung die Erddrehung ist, die das Teleskop mitddreht, kann man alternativ eine Achse parallel zu Erdachse ausrichten und damit die Die gebräuchlichste parallaktische Montierung ist die sog. deutsche Montierung. Sie besteht aus dem eben erwähnten geneigten Achsenkreuz. Andere gebräuchliche Arten sind die Gabelmontierung, die oft mit Schmidt-Cassegrain-Teleskopen als Komplettpaket verkauft wird, und die Dobsonmontierung. Letztere ist eine einfache azimutale Holzmontierung für Newton-Teleskope, die "Amateurriesenteleskope" jenseits von 30

cm Öffnung erst möglich machen. Nachteil der Gabel- wie der Dobsonmontierung ist die mangelnde Erweiterbarkeit des Instrumentes und manchmal auch eine recht armselige Steifigkeit. Mit Dobsonteleskopen kann man auch keine nachgeführten Astrofotos machen, sind aber genial, was die einfache Handhabung, guten Transport und geringes Gewicht angeht. Viele Deep-Sky-Freaks beobachten mittlerweile mit diesen Dingern, die sich hervorragend zum Selbstbau eignen.

Beispiele für parallaktische Montierungen:links: Deutsche Montierung (die nicht mehr erhältliche Vixen-Saturn-Montierung)

rechts: Gabelmontierung (darauf Celestron C8 mit Sonnenfilterfolie)

Die Polachse zeigt immer genau auf den Himmelpol und gleicht bei der Nachführung die Erddrehung aus. Diese Montierungen eignen sich besonders für die motorische Nachführung und für die Fotografie.

Links: Beispiel für eine beliebte azimutale Montierung: Das klassische Dobsonteleskop (gesehen auf dem ITV)Mit dieser Montierungsbauart sind selbst riesige Amateurteleskope machbar. Kleinere Teleskope bleiben leicht, handlich und gut transportabel, da schwere Stative, Achsenkreuze und Gegengewichte wegfallen. Das Teleskop wird in der Regel von Hand über Aziumt- und Elevationsachse eingestellt und nachgeführt.