Teleskope

4. Teleskope

4.1 Das Teleskop als Beobachtungsinstrument

Abb. 58: Linsenteleskop für Einsteiger, Bauart Fraunhofer Achromat

Abb. 59: Spiegelteleskop für Einsteiger, Bauart Newton-Reflektor

Abb. 60: Spiegelteleskop für Fortgeschrittene, Bauart Maksutov-Cassegrain

Um eine Vorstellung davon zu bekommen, worauf es bei der Beobachtung des Sternenhimmels ankommt, sollten wir einige Sätze den Aufgaben eines Teleskops widmen. Möchte man der Werbung glauben schenken, ist das Teleskop ein Vergrößerungsglas, das den Himmel in möglichst bis zu 600-facher Vergrößerung oder mehr zeigt und uns mit bunten Gasnebeln verwöhnen soll. Bei der praktischen Beobachtung werden wir sehr schnell erkennen, dass dem nicht so ist. Im Gegenteil: Viele Objekte sehen bei relativ kleiner Vergrößerung am imposantesten aus. Die Vergrößerung ist zwar wichtig, aber nicht der entscheidende Faktor für die Leistungsfähigkeit Ihres Instruments. Die Fähigkeit Licht zu sammeln (Lichtstärke) und der Bildkontrast der Optik sind wichtige Eigenschaften, die gute Teleskope auszeichnen. Es gibt mehrere Bauarten von Teleskopen,die alle mit Vor- und Nachteilen behaftet sind. Den Alleskönner, der alle Bedürfnisse befriedigt, gibt es leider nicht.
Beginnen wir also zuerst mit einer kleinen Exkursion über Bauarten von Teleskopen. Man unterscheidet hierbei grob in Linsenteleskope und Spiegelteleskope.

Refraktoren (Linsenteleskope) bestehen zumeist aus einem Objektiv, aufgebaut aus zumeist zwei Linsen, die nur durch einen Luftspalt getrennt sind (achromatische Linsen). Das Objektiv sammelt das eintreffende Licht und bündelt es im Brennpunkt. Ein Okular im Brennpunkt vergrößert das Bild. Den Abstand zwischen Objektiv und Brennpunkt nennt man Brennweite.
Bei Reflektoren (Spiegelteleskopen) wird die Aufgabe des Objektivs von einem nach innen gewölbten (parabolischen) Hohlspiegel übernommen. Der Spiegel befindet sich im hinteren Teil des Tubus. Er sammelt ebenfalls das einfallende Licht und bündelt es im Brennpunkt. Zwischen dem Brennpunkt, in dem wieder das Okular eingesetzt ist, und dem Hauptspiegel, befindet sich ein Fangspiegel, der das gebündelte Licht zum Okular umlenkt. Es gibt im Wesentlichen zwei Bauarten von Spiegelsystemen. Beim Spiegelteleskop nach Newton wird das Licht um 45° seitlich umgelenkt. Das Okular befindet sich in der Regel im oberen Bereich des Tubus und man schaut seitlich in das Teleskop.
Bei Cassegrain-Teleskopen ist der Hauptspiegel mittig durchbohrt, der Fangspiegel ist hierbei ebenfalls mittig im Strahlengang gegenüber dem Hauptspiegel am vorderen Tubusende montiert und wirft das Bild zurück durch die Hauptspiegelbohrung zum Tubusende in Richtung Okular. Das Okular befindet sich wie beim Linsenteleskop am hinteren Tubusende.
Beide Bauarten haben ihre Vorzüge und Schwächen. Die Kaufentscheidung für ein Teleskop muss der Astronom selber treffen, je nach Einsatzgebiet und Größe des eigenen Budgets.
Refraktoren sind von der Bildqualität den Spiegelsystemen gleicher Größe überlegen. Sie sind gegenüber Dejustage unempfindlich und daher sehr wartungsarm. Diese Eigenschaften machen das Linsenteleskop zum idealen Einsteigerinstrument.

4.2 Optik

Grundsätzlich unterscheidet man bei astronomischen Teleskopen zwei Optikkonzepte: das Reflektorteleskop (Spiegelteleskop) und das Refraktorteleskop (Linsenteleskop).

4.2.1 Refraktor (Linsenteleskop)

Ein Linsenteleskop besteht aus einer Objektivlinse und einem Okular. Wichtig ist, dass die Objektivlinse achromatisch (Doppellinse mit Luftspalt) ist. Der Durchmesser der Objektivlinse ist mitentscheidend für die Lichtstärke des Teleskops. Vorteile eines Linsenteleskops gegenüber einem Spiegelteleskop:
a) kein Lichtverlust durch Fangspiegelabschattungen (Obstruktion) wie bei Reflektoren
b) hervorragende Bildschärfe

Abb. 61: Der optische Aufbau der Linsenteleskope beinhaltet ein optisches Design, bei dem das Licht von Links kommend durch ein zweilinsiges Objektiv tritt und im Brennpunkt (F) fokussiert wird.

4.2.2 Reflektor (Spiegelteleskop)

Die gebräuchlichste Bauart von Spiegelteleskopen ist nach ihrem Erfinder, Sir lsaac Newton (* 1643, † 1727), benannt. Newtonreflektoren besitzen einen sphärisch – bei besseren Ausführungen parabolisch – geschliffenen Hohlspiegel, dessen Oberfläche mit Aluminium bedampft ist. Die Lichtstrahlen werden nach Reflektion am Hauptspiegel kurz vor dem Brennpunkt mittels eines planen, um 45° geneigten Fangspiegels um 90° umgelenkt, so dass der Brennpunkt außerhalb des Haupttubus liegt, in den dann das Okular eingesetzt wird.

Was ist nun besser, Linsenteleskop oder Spiegelteleskop?

Eine Antwort darauf lässt sich gerade für Amateurzwecke nur schwer geben. Ganz allgemein kann man wohl von der Faustregel ausgehen, dassein Spiegelteleskop bestimmter Öffnung einem Linsenfernrohr mit gleicher Öffnung vor allem an Bildqualität und Bildauflösung ein wenig unterlegen ist.

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Abb. 62: Der optische Aufbau der Newton Spiegelteleskope beinhaltet ein brennweitenverlängerndes, achromatisches Linsensystem, dass die Kombination von langer Brennweite und kurzem Tubus erlaubt.

4.3 Mechanik

Bei einem Teleskop werden eine ganze Reihe verschiedenster mechanischer Baugruppen verbaut, die sich nicht nur von Ihrer Bau- und Funktionsweise, sondern auch von Ihrer Bedienung unterscheiden. Wir haben bereits erwähnt, dass ein stabiles Stativ und eine solide Montierung für eine befriedigende Himmelsbeobachtung unerlässlich sind. Bei den Montierungen unterscheidet man zwei Grundtypen, die hier im Folgenden näher erläutert werden.

4.3.1 Azimutale Montierung

Bei der azimutalen Montierung ist der Teleskopkörper, auch Optiktubus genannt, in eine Gabel eingehängt und das Rohr kann vom Benutzer horizontal und vertikal bewegt werden. Die azimutale Montierung ist empfehlenswert für den astronomischen Einsteiger. Objekte am Himmel können schnell mit Leichtigkeit eingestellt werden.

Abb. 63: Ein azimutal montiertes Teleskop

4.3.2 Parallaktische Montierung oder Äquatorialmontierung

Aufwendigere Teleskope sind in der Regel mit einer äquatorialen Montierung ausgestattet. Die Nachführung erfolgt über zwei drehbare senkrecht aufeinander stehende Achsen (Deklinations- und Stundenachse).Die äquatoriale Montierung wird mit einer Achse, der Stundenachse auf den Polarstern gerichtet und fixiert. So orientiert kann die Montierung mit dem Tubus nur in einer Achse, eben der Stundenachse nachgeführt werden und damit der Erddrehung entgegenwirken. So bleibt das Objekt des Okulars immer in Gesichtsfeldmitte. Ein Nachführmotor gleicht die Drehung der Erde um ihre Polachse in genau entgegengesetzter Richtung aus. Diese Motoren erhält man für viele Modelle optional im Fachhandel.
Die Ausrichtung der Montierung (der Stundenachse) und des Teleskoptubus auf den Polarstern und die weitere Handhabung der Montierung erfordert Wissen um die Koordinaten am Himmel und etwas praktische Erfahrung in der Astronomie. Für astronomische Fotografien ist eine äquatoriale Montierung unbedingt erforderlich.

Abb. 64: Ein parallaktisch montiertes Teleskop

4.3.3 Nahführmotoren

Ist das Teleskop mit einer äquatorialen Montierung ausgestattet, können daran oft elektrische Nachführmotoren angeschlossen werden. Empfehlenswert ist ein Nachführmotor für die Stundenachse. Damit kann eine synchrone Nachführung der scheinbaren Sternenbewegung am Himmel erfolgen. Ein Nachführmotor für die Deklinationsachse ist zwar sehr komfortabel bei der Beobachtung - allerdings nicht zwingend erforderlich. Mit der Deklination bezeichnet man die Höhe eines Sternes in Winkelgraden über dem Himmelsäquator.

Abb. 65: Ein parallaktisch montiertes Teleskop mit nachgerüsteten Motoren

4.4 Zubehör

Für die Vielfalt von Teleskoptypen gibt es eine ebenso große Vielfalt an optionalem Zubehör. Für den Einsteiger stellt sich sehr schnell die Frage, was an Zubehör wichtig ist, was sinnvoll sein kann oder welche Dinge gar völlig unnütz sind. Man sollte sich immer darüber im Klaren sein, welchen Typ von Teleskop man besitzt, welche Beobachtungsideen man verwirklichen möchte, ob man neben der visuellen Beobachtung auch erste Schritte in Richtung Astrofotografie gehen möchte.

4.4.1 Okulare

Die Aufgabe eines Fernrohrokulars besteht in der Vergrößerung des Bildes, das von der Hauptoptik des Teleskops erzeugt wird. Jedes Okular besitzt eine bestimmte Brennweite, die in Millimetern (mm) angegeben wird. Je kleiner diese Brennweite ist, desto höher fällt die entsprechende Vergrößerung aus. Ein Okular der Brennweite 9 mm liefert beispielsweise eine höhere Vergrößerung als ein Okular mit einer Brennweite von 26 mm.

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Abb. 66: Im Zubehörsortiment diverser Hersteller gibt es für jeden Zweck das richtige Okular

4.4.2 Wichtige Tipps zur Okularauswahl

Die Güte eines Okulars wird, unabhängig von seiner Brennweite, durch sein scheinbares Gesichtsfeld, das Einblickverhalten und die Eignung für schnelle Öffnungsverhältnisse bestimmt (große Öffnung / kurze Brennweite).

Das scheinbare und absolute Gesichtsfeld

Das scheinbare Gesichtsfeld kann man sich vorstellen, als den Winkel, unter dem man das vom Teleskop erzeugte Bild sieht. Als Beispiel nehmen wir einmal ein Okular mit einem Eigengesichtsfeld von 10°. 10° sind nur ein Bruchteil des Bildfeldes, dass das Auge sehen kann. Das Bild erscheint wie durch eine lange Röhre betrachtet. Bei einem Eigengesichtsfeld von70° nähern wir uns bereits dem Winkel, den auch unser Auge sieht. Ein Blick durch so ein Okular wird mehr einem klaren Blick durch ein Fenster ähneln, mit nur einer leichten runden Begrenzung.

Okulare mit schwacher Vergrößerung bieten ein großes Gesichtsfeld, helle und kontrastreiche Bilder und strengen auch bei längeren Beobachtungssitzungen Ihr Auge relativ wenig an. Um mit dem Teleskop ein Objekt einzustellen, empfiehlt es sich, mit einem schwach vergrößernden Okular anzufangen – wie zum Beispiel mit dem Super-Plössl 26 mm. Wenn das gewünschte Objekt eingestellt und in die Gesichtsfeldmitte geholt worden ist, möchten Sie bestimmt bald auf ein stärker vergrößerndes Okular umsteigen. Damit können Sie das Bild so weit vergrößern, wie es die geradeherrschenden Sichtbedingungen erlauben.
Dieses Gesichtsfeld errechnet sich (näherungsweise) aus dem scheinbaren Gesichtsfeld des Okulars (z. B. 60°) und der aktuellen Vergrößerung des Teleskops mit diesem Okular. Beispiel: Eigengesichtsfeld 60°, Vergrößerung 100x, also 60/100 = 0,6. Das bedeutet, das tatsächliche Gesichtsfeld beträgt 0,6°. Sogenannte Weitwinkel-Okulare bieten daher bei gleicher Vergrößerung (wenn die Brennweite identisch ist) ein größeres Gesichtsfeld und i. d. R. auch einen komfortableren Einblick.

Das Einblickverhalten

Von größter praktischer Bedeutung für die Beobachtung ist das Einblickverhalten eines Okulars. Je leichter und unverkrampfter man das Objekt sehen kann, desto öfter wird das Okular verwendet werden. Bei Tag findet man das Gesichtsfeld eines Okulars sehr schnell, es bildet sich als helles Scheibchen im Okular ab. Bei Nacht wird die Situation schwieriger. Das Bild des Objekts ist dunkel, die Augenmuschel des Okulars ist schwarz und ringsum ist es auch dunkel. Ist das Einblickverhalten nicht optimal, so muss man die einmal gefundene Position des Auges hinter dem Okular strikt einhalten, sonst verschwindet das Bild wieder. Das führt zu einer verkrampften Haltung, die den Beobachtungskomfort beeinträchtigt.

Die minimale Vergrößerung:

Ein Teleskop soll Licht sammeln, und an das Okular weiterleiten und im Fokus konzentrieren. Das Okular „liefert“ also wieder ein Lichtbündel für das Auge, die sogenannte Austrittspupille (AP). Dieses Austrittsbündel darf nicht unendlich groß werden: Wird die Austrittspupille größer als die Pupille des Auges, so geht Licht verloren.
Die Größe der Austrittspupille ergibt sich zu: Austrittspupille = Okularbrennweite in mm x Öffnungsverhältnis
Beispiel:
Die Helligkeit eines Himmelsobjekts im Okular ist nicht von der Vergrößerung, der Brennweite oder der Öffnung des Teleskops abhängig, sondern ausschließlich vom Durchmesser der Austrittspupille. Deren Durchmesser (je größer, desto heller) errechnet sich wie folgt: Brennweite Okular/Öffnungsverhältnis Teleskop. Beispiel: Teleskop mit f/10, Okular mit 40 mm Brennweite. 40/10 = 4 mm Austrittpupille.

Hinweis:
die Austrittspupille eines Okulars sollte nicht größer als 7 mm sein; mehr kann das menschliche Auge nicht aufnehmen und es würde zu einem Lichtverlust (Bildinformationsverlust) kommen.


Die maximal sinnvolle Austrittspupille liegt also bei ca. 6 mm, die minimalebei 0,5-1 mm. Wird die AP kleiner, werden Fehler im Glaskörper und die Tränenflüssigkeit des Auges sichtbar.

Die Vergrösserung richtig errechnen:

Die Vergrößerung eines Teleskops ergibt sich aus der Brennweite des Teleskops und der Brennweite des verwendeten Okulars. Zur Berechnung der Vergrößerung des entsprechenden Okulars teilen Sie die Brennweite des Teleskops durch die Okularbrennweite. Nehmen wir doch mal ein26 mm-Okular als Beispiel. Die Brennweite unseres Teleskops beträgt 2000 mm. Nun rechnen wir wie folgt:
Okularvergrößerung=Teleskopbrennweite/Okularbrennweite=2000mm/26mm=77x
Die Vergrößerung dieses Okulars beträgt also annähernd 77-fach

Blick durch ein Plössl-Okular

Plössl-Okulare sind aufgrund ihrer hohen Bildschärfe und des guten Kontrasts sehr beliebt. Sie werden meistens an Einsteigerteleskopen für ebenfalls normale Beobachtungen von 1-2 Stunden eingesetzt. Sehr gute Bildschärfe, akzeptables Einblickverhalten. Im Bild links können Sie ein Beispiel sehen, wie groß das Gesichtsfeld ist.

Abb. 67: Der Planet Jupiter in der richtigen, scharfen Vergrößerung (oben) und in der falschen verschwommenen Vergrößerung (unten)

Kann man überhaupt eine „zu hohe“ Vergrößerung wählen?

Ja, man kann! Der häufigste Fehler, der von Einsteigern begangen wird ist, das Teleskop „überzuvergrößern“. Es wird dabei eine sehr hohe Vergrößerung gewählt, die das Teleskop konstruktionsbedingt, wetterbedingt oder lichtbedingt gar nicht liefern kann. Behalten Sie sich deswegen bitte immer im Hinterkopf, dass ein gestochen scharfes, aber geringer vergrößertes Bild viel schöner anzusehen ist, als ein hoch vergrößertes, aber völlig verschwommenes Bild, an dem Sie garantiert keine Freude haben werden (Abb. 67). Vergrößerungen über 200x sollten nur bei absolut ruhiger und klarer Luft gewählt werden. Die meisten Beobacher sollten drei oder vier zusätzliche Okulare zur Hand haben, um den gesamten Bereich an möglichen Vergrößerungen mit Ihrem Teleskop auszunutzen.
Faustregel für max. sinnvolle Vergrößerung: Ø Objektiv (mm) x 2

Hinweis:
Die Sichtbedingungen schwanken von Nacht zu Nacht sehr stark und hängen ganz wesentlich vom Beobachtungsort ab. Luftturbulenzen treten auch während sehr klarer Nächte auf und verzerren die Abbildung der Objekte. Sollte ein Objekt verschwommen und schlecht aufgelöst erscheinen, gehen Sie auf ein Okular mit geringerer Vergrößerung zurück. Damit gewinnen Sie ein schärferes und besser definiertes Bild.

Abb. 68: Der offene Sternhaufen der Plejaden; Oben der Ausschnitt, den das Okular abbildet, darunter das Original.

4.4.3 Filter

Farbfilter sind ein beliebtes Hilfsmittel bei der Mond- und Planetenbeobachtung. Sie steigern den Kontrast für bestimmte Details, die ohne Filter schlecht oder überhaupt nicht zu sehen sind. Grundsätzlich gibt es bei der Beobachtung zwei Probleme: (a) Überstrahlung, wobei die Grenze zwischen zwei Gebieten eines Beobachtungsobjektes mit unterschiedlicher Helligkeit „ausfranst“ oder einfach verschwimmt, weil das Auge mit dem Kontrast bei großer Helligkeit überfordert ist; und (b) benachbarte Gebiete haben ähnliche Färbungen, aber nur geringe Intensitätsunterschiede. Beide Effekte bewirken, dass die Kombination Auge-Gehirn beide Details nicht mehr gut getrennt wahrnehmen kann und deshalb versucht beide Objekte als ein einziges darzustellen, was natürlich unerwünscht ist.

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Abb. 69: Bei Mond- und Planetenbeobachtung werden die verschiedensten Filter eingesetzt.

In beiden Fällen helfen Farbfilter. Im ersten Fall wird durch die Reduzierung der Helligkeit die einfallende Lichtmenge auf das Auge zugeschnitten und das Objekt kann besser gesehen werden; im zweiten Fall wird durch den Einsatz von Filtern einer bestimmten Farbe das eine Detail verstärkt und gleichzeitig das andere abgeschwächt, sodass der Kontrast zwischen beiden Details zunimmt und erkannt werden kann. Der Einsatz des richtigen Farbfilters entscheidet darüber, ob ein Detail gesehen werden kann oder nicht; ob Sie also z. B. drei oder eben fünf Wirbel in der Jupiteratmosphäre sehen können. Abhängig von den atmosphärischen Bedingungen sowohl auf der Erde als auch auf dem Planeten, den Sie beobachten, können die Unterschiede zwischen „mit“ und „ohne“ Filter gewaltig sein!

Abb. 70: Alle Filter haben ein Okulargewinde und werden einfach in das untere Ende eines Okulars eingeschraubt.

4.4.4 Fotografisches Zubehör

Abb. 71: Eine Spiegelreflexkamera ist über den Fotoadapter mit dem Fotoanschluss des Teleskops verbunden.

Abb. 72: Eine analoge Spieglreflexkamera ist über den Projektions- und Fokal-Adapter mit dem Okularauszug des Teleskops verbunden.

Abb. 73: Eine digitale Spiegelreflexkamera.

Ein Teleskop kann – je nach Modell und Ausstattung – nicht nur zum Beobachten von Landschaften und dem Sternhimmel dienen. Es kann auch in ein Teleobjektiv für Ihre Spiegelreflexkamera verwandelt werden. Mit dieser Anordnung können Sie Ihre visuellen Eindrücke auch fotografisch festhalten. Es gibt für die verschiedenen Teleskoptypen eine Vielzahl sinnvollen Zubehörs, mit dem Sie Ihre Kamera anschließen können und Ihr Teleskop in ein leistungsstarkes Teleobjektiv verwandeln.

Bei der Astrofotografie sind vor allem zwei Dinge wichtig:a) eine äußerst genaue Fokussierungb) eine präzise und erschütterungsfreie NachführungFür die meisten Teleskope sind Adapter zum Anschluss von Spiegelreflexkameras an das Teleskop erhältlich. Hierbei wird die Kamera ohne Objektiv im so genannten Primärfokus des Teleskops angeschlossen; das Teleskop wirkt so als Teleobjektiv.Bei der DS-Baureihe ist zu beachten, dass, bedingt durch die Alt-Azimutale Aufstellung, keine Belichtungszeiten von länger als ca. 1 min möglich sind, da sonst eine merkliche Bildfelddrehung auftritt. Für kurzzeitige Belichtungen von Planeten eignet sich diese azimutale Montierung noch recht gut. Dies kann bei einem Teleskop durch eine polare Aufstellung mit der Polhöhenwiege vermieden werden.Sofern vorhanden, sollte bei der Kamera die Spiegelvorauslösung aktiviert werden, um eine Erschütterung des Teleskops durch das Auslösen zu vermeiden.Zur Belichtung selber: Bei hellen und großen Objekten wie z. B. dem Mond kann die Belichtungsautomatik der Kamera genutzt werden. Bei Deep-Sky-Objekten wie Galaxien, Nebeln etc. sind die Lichtwerte viel zu gering; hier muss man mit einer Empfindlichkeit ab 400 ASA mehrere Minuten belichten. Digitalkameras sind hierbei von Vorteil: Sie sind im Vergleich zu Kleinbild-Filmkameras erheblich empfindlicher. Außerdem lässt sich hier aufgrund des eingebauten Displays die Schärfe besser beurteilen und einstellen.

Wichtig:
Da bereits minimale Abweichungen der Nachführung während der Belichtung das Foto ruinieren (Die Sterne werden zu Strichen verzogen), ist besonderer Wert darauf zu legen, dass das Teleskop so genau wie möglich eingerichtet wird. Bei parallaktischer Aufstellung ist die Einordung vor der Aufnahme mehrfach zu kontrollieren und ggf. zukorrigieren.


Fotoadapter für Spiegelreflexkameras: Diesen Adapter schrauben Sie einfach auf das rückwärtige Ende und befestigen daran den kameraspezifischen T2-Ring (optional erhältlich).

4.4.5 Sonstiges Zubehör

2x Barlow-Linse (11/4"): Diese Barlow-Linse verdoppelt die Leistung eines jeden Okulars unter Beibehaltung einer guten Bildfeldkorrektur. Ein 9 mm Okular ergibt an einem Linsenteleskop mit 700 mm Brennweite eine Vergrößerung von 78x; zusammen mit der Barlowlinse liefert dasselbe Okular 156x.

Abb. 74: Barlow-Linse

45°- oder 90°-Amici-Prisma: Der Zenitspiegel eines Linsenteleskops richtet die Bildorientierung zwar auf, belässt sie aber seitenverkehrt. Für terrestrische Anwendungen ist es wünschenswert, ein vollständig richtig orientiertes Bild zu haben. Dies wird mit dem Amici-Prisma erreicht, das einen bequemen 45°/90°-Einblick bietet und genau wie ein normales 11/4" Zenitprisma in den 11/4" Okularhalter des Teleskops gesteckt wird.

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Abb. 75: Amici-Prisma

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