Einführung in Teleskope – Teil 1

Ich habe ja in meiner Website auch einen Teil über Teleskope und eine Beratung dazu und ich will das Thema nun in einer losen Reihe auch im Blog aufnehmen. Heute geht es um die nackten technischen Daten und ihre Bedeutung.

Gerne werden Teleskope verglichen mit dem menschlichen Auge, doch das ist kein besonders guter Vergleich. Zuerst einmal haben wir zwei Augen, während ein Teleskop nur einen Einblick in ein Okular erlaubt (es gibt auch Binokularaufsätze, doch dieses Extra ist recht teuer und es gibt dann andere Nachteile). Die Veränderung merkt jeder, wenn er ins Okular blickt, es ähnelt ein bisschen dem Blick in eine Röhre. Wer mal ein Auge abdeckt merkt auch so, wie sich das beim Sehen auswirkt.

Das zweite ist, dass unser Auge zahlreiche Eigenschaften hat, die ein Teleskop nicht aufweist. So hat es eine Weitwinkeloptik mit Zoomfunktion, das merkt jeder, der mal eine Szene mit dem Auge beobachtet und dann ein Foto mit der Kamera macht. Selbst ohne den Kopf zu bewegen folgt der Augapfel blitzschnell einem Objekt und wir können uns auf einen kleinen Ausschnitt konzentrieren und nur diesen wahrnehmen. Beim Teleskop braucht man dafür mehrere Okulare oder eine Zoomokular.

Auch die Retina hat eine unterschiedliche Auflösung. Im Zentralbereich beträgt sie 60 Bogensekunden, dass entspricht etwa 1 Millimeter in 3.500 Millimeter Abstand. Nach Außen hin nimmt sie rasch ab. Die Öffnung der Iris hängt von der Lichtmenge ab, aber auch vom Alter. Maximal erreichen Kinder eine Pupillenöffnung von 8 mm. Wer so alt ist, wie ich, schafft noch 6 bis 7 mm.

Wenn man also ein Teleskop mit einem Auge vergleichen will, so geht das nur schwer. Man kann (unter Einschränkungen) das optische System als eine Optik mit einer Öffnung von maximal 7-8 mm und einer Auflösung von 60 Bogensekunden annehmen. Der Vergleich des Einblickverhaltens, der Vergrößerung muss scheitern. Sie können das leicht mit einer Kamera feststellen. Schauen Sie mal auf eine Szene und fixieren sie ein Detail – sie nehmen nun nicht mehr die Umgebung wahr, sehen aber mehr von dem Objekt. Dann ein Blick durch eine Kamera – es fällt sofort auf, dass links und rechts was fehlt, weil unsere Augen sich überschneidende Gesichtsfelder haben und um genauso viele Details bei einem entfernten Objekt wahrzunehmen müssen sie bei der Kamera anfangen zu zoomen.

Drei Größen sind bei einem Fernrohr wichtig. Das wichtigste ist die Öffnung, das ist der Durchmesser der Optik. Beim Auge sind es wie gesagt 6-8 mm. Feldstecher liegen bei 20 bis 70 mm, wobei bei mehr als 50 mm man ein Stativ, wegen des Gewichts nehmen sollte. Linsenfernrohre liegen bei 50 bis 150 mm und bezahlbare Spiegelfernrohre zwischen 76 und 250 mm. (Sie können natürlich mit viel Geld größere kaufen, die größten serienmäßig produzierten Teleskope haben eine Öffnung von 1270 mm).

Je größer die Optik, desto mehr Licht sammelt das Teleskop, desto leuchtschwächere Objekte kann man erkennen. Manchmal wird auch daher das Lichtsammelvermögen angegeben, dass berechnet wird nach (Durchmesser der Optik/Durchmesser der maximal geöffneten Iris)². Je nachdem, welche Größe der Iris angenommen wird, erhält man so unterschiedliche Werte. Es ist aber ein für die Praxis irrelevanter Wert.

Der zweite Parameter ist die Brennweite der Optik. Das ist eine Eigenschaft des optischen Systems. Am einfachsten zu erklären ist das bei Linsenfernrohren. Dort gibt es vorne eine Sammellinse und hinten ein Okular, welche das Bild der Linse in deren Brennpunkt vergrößert. Die Brennweite ist der Punkt nach der Linse, an der sich das Bild befindet. Somit muss das Gehäuse (der Tubus) mindestens so lang wie die Brennweite sein. Eine kürzere Brennweite bringt daher einen kürzeren Tubus. Das ist bei der Handhabung von Vorteil, weil man immer hinten reinschaut. Ist der Tubus lang, so muss man sich, wenn man steil nach oben guckt, tief bücken. Zudem ist das Teleskop natürlich schwerer und empfindlicher gegen Vibrationen durch Wind oder irrtümliches Berühren.

So gesehen wäre eine kurze Brennweite von Vorteil. Allerdings muss die Brechung der Linse dann größer sein. Dadurch müssen diese optisch besser sein (z.b, aus zwei oder drei Linsen bestehen oder teureren Materialen mit höherem Brechungsindex). Bei billigen Linsen wird bei hohem Brechungsindex (kurze Brennweite) das Licht je nach Spektralfarbe unterschiedlich gebrochen, was sich in einem Farbband um helle Objekte niederschlägt. Ähnliche Probleme machen kurze Brennweiten bei Spiegelteleskopen. Hier ist es eine Bildfeldwölbung (vereinfacht gesagt, liegt das Bild nicht in einer Ebene, sondern einem Kugelschnitt – ist der Zentralbereich scharf, so sind die Randbereiche verschwommen). Daher sind gute Teleskope mit kurzen Brennweiten teurer als langbrennweitige bei gleicher Öffnung.

Das Verhältnis zwischen Öffnung und Brennweite nennt man Öffnungsverhältnis. Ein Öffnungsverhältnis von 10 bedeutet dass die Brennweite 10 mal höher als der Durchmesser der Optik ist. Typische Werte für Linsenteleskope sind 8 bis 15. Teleskope mit Werten von 4-8 sind recht teuer wenn sie qualitativ hochwertig sind. Schmidt Cassegrain Teleskope liegen bei 10 bis 12 und Newton Teleskope zwischen 4,5 und 10.

Enorm wichtig für Laien, aber für Profis weitgehend bedeutungslos ist die Vergrößerung. Sie errechnet sich aus dem Verhältnis der Brennweite des Teleskops und des Okulars. Da es Okulare mit unterschiedlicher Brennweite gibt (4 bis 40 mm sind üblich) ist die Vergrößerung also nicht von der Öffnung abhängig und daher kein sinnvoller Parameter. Es gibt aber für jedes Teleskop eine Maximalvergrößerung. Sinnvoll ist eine Vergrößerung die dem Durchmesser der Optik (in Millmeter) entspricht. Das entspricht einer Öffnung von 1 mm bei der Austrittspupille, das entspricht der Öffnung des Auges, bei dem man am schärfsten sieht. Darüber hinaus sieht man nicht mehr Details, sondern die Details werden vergrößert und unscharf. Spätestens ab 200 x Durchmesser hat man ein schwammiges, unscharfes Bild. Da man die Vergrößerung durch die Wahl des Okulars einstellen kann ist der Wert an sich belanglos, weil es nicht eine Vergrößerung sondern viele pro Teleskop gibt.

Es gibt noch einen zweiten Aspekt. Auf dem Bild hier habe ich mal ein 7,5 mm Okular (rechts) und ein 25 mm Okular (links) dargestellt. Die die dem Augen zugewandte Linse ist beim 25 mm Okular viel größer, dadurch ist das Einblickverhalten viel angenehmer. Okulare mit langen Brennweiten sind daher größer und schwerer, oft auch deutlich teurer, aber das Schauen durch Sie ist angenehmer.

Idealerweise sollten die Okulare einen Vergrößerungsbereich abdecken, der eine Austrittspupille von 1 bis 6-8 mm (entsprechend dem Bereich in dem sich das menschliche Auge öffnet) entspricht. Die Austrittspupille errechnet sich aus dem Verhältnis zwischen Brennweite und Vergrößerung. Bei einem 100 mm Teleskop mit einer Brennweite von 800 mm entspricht dies Vergrößerungen von 12,5 bis 100 oder bei der gegebenen Brennweite Okularen von 8 bis 64 mm Brennweite. Okulare mit großer Brennweite sind teuer und schwer. Okulare mit kleinen Brennweiten dagegen preiswert, aber mit schlechtem Einblickverhalten. Idealerweise nimmt man einen Bereich, der unterhalb von 35 mm liegt, das ist meistens die Grenze wo man auf die teuren Okulare mit 2 Zoll starker Feldlinse ausweichen muss, die dann konstruktionsbedingt teurer als die 1,25 Zoll Standardokulare sind. Das entspricht je nach Alter einem Öffnungsverhältnis von 4,5 bis 6.

Im nächsten Beitrag geht es dann die Montierung und Okulare.