Bauarten von Teleskopen

Refraktoren

Refraktoren kann man einerseits anhand der Anzahl und anderseits anhand der Art der Linsen unterscheiden. Die beiden grundlegen Bauweisen werden im Folgenden erläutert:

Das Galileische Fernrohr

Dieser Fernrohrtyp besteht aus einer Sammellinse und einer Negativlinse/Zerstreuungslinse. 1608 wurde es vom holländischen Brillenmacher Hans Lipperhey erfunden und danach von Galileo Galilei weiterentwickelt, weshalb es auch seinen Namen trägt.
 

Dieses Fernrohr findet in der heutigen Astronomie keine Anwendung (mehr). Da es nur für kleine Vergrößerungen geeignet ist und ein aufrechtes Bild liefert, wird dieser Typ vor allem bei Ferngläsern eingesetzt (Feldstecher bzw. Prismenferngläser sind meist als Kepler-Fernrohre ausgeführt).

Das Kepler Fernrohr

Dieses Fernrohr findet man heutzutage in der Astronomie und wird auch astronomisches Fernrohr genannt. Hier befindet sich hinter der ersten Sammellinse anstatt der Zerstreuungslinse eine weitere Sammellinse. Da sich hier die zweite Linse hinter dem Brennpunkt der ersten Linse befindet, erzeugt das Kepler-Fernrohr ein auf dem Kopf stehendes Bild.

Vergleicht man beide Bauweisen wird deutlich, dass das Kepler Fernrohr im Allgemeinen länger ist, weshalb es für terrestrische Anwendung eher ungeeignet ist. Des Weiteren entstehen bei diesem einfachen Design Farbfehler, die im nächsten Abschnitt näher erläutert werden.

Die chromatische Aberration

Wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht, sich also der Brechungsindex verändert, wird es gebrochen. Blaues Licht wird dabei aufgrund seiner höheren Frequenz stärker gebrochen als rotes Licht. Diese Abhängigkeit nennt man in der Physik auch Dispersion. Bei einer Sammellinse resultiert die unterschiedliche Brechung von Licht in verschiedenen Brennweiten für die jeweiligen Frequenzen.

Die bezeichnet man dann als chromatische Aberration. Das Ergebnis sind unschöne Farbsäume. Vor allem bei hohen Vergrößerungen machen sich diese bemerkbar, was unter anderem zu einem geringeren Kontrast führt.

Man unterscheidet dabei zwischen dem Farblängsfehler und dem Farbquerfehler:

Farblängsfehler

Farbquerfehler

Dieser Fehler entspricht dem obigen Bild. Das heißt unterschiedliche Frequenzen sind an unterschiedlichen Positionen bezüglich der optischen Achse fokussiert. Sobald eine Farbe im Brennpunkt fokussiert ist, ist eine andere Farbe stark aufgefächert und nicht mehr fokussiert.

Wegen der geringere Brennweite für blaues Licht wird das blaue Abbild früher fokussiert und erscheint dem Beobachter ein wenig kleiner. Legt man die drei Abbilder übereinander erscheinen diese seitlich verschoben, weshlab man diesen Fehler Farbquerfehler nennt. Vor allem zum Bildfeldrand hin macht sich dieser Fehler bemerkbar.

Der Achromat 

Theorie:

Praxis und unsere Empfehlung an Sie:

Die Physik hat schließlich einen weiteren Weg gefunden die chromatische Aberration zu reduzieren. Anstatt einer einzigen Sammellinse wurden nun eine Sammellinse (meistens bestehend aus Kronglas) und eine Zerstreuungslinse (meistens bestehend aus Flintglas) für das erste Linsenelement benutzt. Der sogenannte Achromat war geboren.

Geeignet für?

Deep-Sky:

Achromaten eignen sich für Deep-Sky-Objekte und zeichnen sich durch Ihren hohen Kontrast aus. Sie sind allerdings nicht farbkorrigiert.
 

Für Reisende und Schnellspechtler:

Ein Achromat auf einem Fotostativ mit geriner Brennweite eignet sich ebenfalls hervorragend als Reiseteleskop, da es wenig platz wegnimmt und schnell aufgebaut ist.
 

Spaziergang über den Himmel:

Achromaten mit kurzer Brennweite sind ebenfalls sehr gut für Himmelsspaziergänge geeignet, da Sie ein großes Gesichtsfeld bieten. Man kann wunderbar Satellitenbahnen verfolgen oder Sternschnuppen beobachten.

Hier gehts zu unseren Achromaten!

Chester Moor Hall entwickelte 1733 die ersten achromatischen Doubletobjektive, wobei er versuchte das Design vorerst geheim zu halten. Dies gelang ihm leider nicht, weshalb John Dollond davon erfuhr und ein Patent für diese Bauweise einreichte. Bei einem Achromaten können durch dieses Linsendesign bereits zwei Farben in der gleichen Ebene fokussiert werden. Möchte man ein noch höhere Farbreinheit erzielen muss man zum Apochromaten greifen.

Der Apochromat 

Bei diesen Refraktoren kommt sogenanntes ED-Glas zum Einsatz. ED steht hierbei für „Extra-low dispersion“. Das bedeutet, dass die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Wellenlänge anders ausfällt wie bei „normalem“ Glas.

Praxis und unsere Empfehlung an Sie:

Apochromaten ab 120mm Öffnung sind wunderbar für Deep-Sky-Objekte geeignet. Sie stechen durch ihre farbreine, kontraststarke, scharfe Optik heraus.

Abb.: Strahlengänge verschiedenfarbigen Lichtes durch einen Apochromaten by Egmason. Licensed under Creative Commons Attribution 3.0 via Wikimedia Commons - Link zum Bild

Superachromaten oder Quadruplet Apochromaten

Obwohl diese Teleskope Apochromaten sind werden sie auch als Superachromaten bezeichnet. Wie der Name (Quadruplet) schon sagt werden hier 4 Linsen verbaut, sodass 4 Wellenlängen in einer Ebene fokussiert werden können.

Abb.: Focus error for four types of lens, over the visible and near infrared spectrum by Cmglee. Licensed under Creative Commons Attribution 3.0 via Wikimedia Commons - Link zum Bild

Reflektoren

Wie der Name schon sagt wird bei diesen Teleskopen das Licht vor allem reflektiert (im Gegensatz zum Refraktor, wo es nur gebrochen wird), weshalb es hier zu keinen Farbfehlern kommt. Auch bei den Reflektoren gibt es unterschiedliche Bauweisen. Wir beginnen mit der ältesten und klassischsten.

Der Newton-Reflektor

Theorie:

Der Newton ist der Reflektor mit der wohl simpelsten Ausführung. Isaac Newton selbst (das war der mit dem Apfel) hat diesen Teleskoptyp 1668 entwickelt. Am Ende des Tubuses befindet sich der sogenannte Primärspiegel der das Licht sammelt und auf den zweiten Spiegel, den Fangspiegel, reflektiert. Newton nutze bei seinem Teleskop einen sphärischen Spiegel, der allerdings den Nachteil hatte, das paralelle Lichtstrahlen nicht in einem Punkt gebündelt wurden. Dies ermöglichten erst die Parabolspiegel. Die Herstellung dieser Spiegel war früher sehr schwierig ist aber heute kein Problem mehr, weshalb mittlerweile Parabolspiegel mit großer Fläche zu erschinwglichen Preisen erhältlich sind. Der Fangspiegel ist an der Fangspinne aufgehängt und leitet das Licht aus dem Tubus in den Okularauszug wo das Bild mit geeigneten Okularen oder einer Kamera betrachtet werden kann. Dieses einfache Desgin sorgt dafür, dass man schon für wenig Geld viel Öffnung bekommt. Wenn der Fang- oder Hauptspiegel nicht richtig eingestellt ist, reduziert sich die Abbildungsleistung enorm, daher sollte ein Newton immer gut justiert sein. Am besten fein-justieren Sie ihren Newton immer direkt am Beobachtungsort mit einem Justierlaser.
 

Praxis und unsere Empfehlung an Sie:

Quelle: [Zinth, Wolfgang; Zinth, Ursula, (2013), Optik: Lichtstrahlen - Wellen - Photonen (4., aktualisierte Aufl.) München, Deutschland: Oldenbourg Verlag, S. 133] - Link zum Buch

Bei einem Newton wird das Licht also nur von zwei Spiegeln abgelenkt. Es sind keine Linsen notwendig. Daher kann man auch „schnellere“ Newtons, das heißt Newtons mit kleinem Öffnungsverhältnis (z.B. f/4) bauen. Allerdings können andere Bildfehler auftreten, die hauptsächlich durch den parabolisch geformten Spiegel auftreten, allen voran die sogenannte Koma (siehe unteres Bild). Hierbei verformen sich die punktförmigen Sterne zu ovalen Quellen. Dieser Fehler nimmt zum Rand des Bildfeldes hin zu. Korrigieren lässt sich dieser Fehler mit sogenannten Komakorrektoren, welche sich einfach in den Okularauszug einschrauben lassen.

Die Cassegrainbauweise

Kurz gesagt: Ein Cassegrain ist ein Newton mit Loch und geradem Fangspiegel. Was heißt das? Das Licht trifft wieder auf einen parabolisch geformten Primärspiegel welcher, ein Loch in der Mitte hat. Dieser reflektiert das Licht auf den konvexen hyperbolischen Fangspiegel welcher jedoch das Licht nicht seitlich aus dem Tubus lenkt, sondern zurück in Richtung Primärspiegel durch das Loch in den dahinter angebrachten Okularauszug. Diese Baweise erzeugt jedoch Bildfehler, die von den darauf aufbauenden Bauweisen teilweise korrigiert werden.

Auf dieser Bauweise bauen nun viele weitere Bauweisen auf. Die folgenden vier sind diejenigen, dei in der Amateurastronomie am verbreitetsten sind.

• Schmidt-Cassegrain

• Maksutov-(Cassegrain)

• Maksutov-Newton-(Cassegrain)

• Ritchey-Chrétien-(Cassegrain)

Das Schmidt-Cassegrain

Theorie:

Bei diesen Teleskopen durchläuft das Licht zuerst die sogenannte Schmidtplatte, welche unter anderem Abbildungsfehler korrigiert. Deswegen zählt dieses Teleskop auch zu den katadioptrischen Teleskopen, da es sowohl einen brechenden als auch einen reflektierenden Anteil gibt. Das Licht trifft danach auf den sphärischen Primärspiegel der in der Mitte ein Loch hat. Dieser wirft das Licht auf den ebenfalls sphärischen Fangspiegel, welcher das Licht jedoch nicht zur Seite, sondern wieder Richtung Primärspiegel reflektiert, doch dieses Mal tritt das Licht durch das Loch in den Okularauszug.
 

Des Weiteren kommt es bei diesem Teleskop zu einer Bildfeldwölbung und am Rand können Unschärfen auftreten., was zu einem kleinen Öffnungsverhältnis führt. Die Schmidtplatte macht dieses Teleskop einerseits zu einem geschlossenen System und andererseits wird keine Fangspinne benötigt, da der Fangspiegel direkt an der Schmidtplatte angebracht wird. Aufgrund der Bauweise haben Schmidt-Cassegrains meist ein sehr großes Gesichtsfeld.

Die Firma MEADE vertreibt auch sogenannte ACF-SC Teleskope. ACF-SC steht hierbei für Advanced Coma-free Schmidt-Cassegrain. Hier wird ein hyperbolischer Fangspiegel benutzt, um die Bildfeldwölbung zu unterdrücken.

Celestron bietet hingegen die EDGE-HD Teleskope an die einen zweilinsigen Korrektor im Fokus besitzen. Das korrigiert Bildfehler 1ter Ordnung und minimiert alle höheren Ordnungen.

Praxis und unsere Empfehlung an Sie:

Geeignet für?

Allrounder:

Ein Schmidt-Cassegrain kombiniert Linse und Spiegel zu einem kompaten System. Sie haben eine große Öffnung und die Linse minimiert Abbildungsfehler wie Astigmatismus, Bildfeldkrümmung, sphärische Aberration und Koma relativ gut. Gleichzeitig bieten sie durch die Bauweise eine lange Brennweite in kompakter Form an, bei der die Anfälligkeit für Turbulenzen reduziert wird.

Durch die "Faltung" des Strahlengangs können diese Teleskope allerdings nicht so kontrastreich, lichtstark und scharf abbilden, wie Apochromaten.
 

Der Maksutov-(Cassegrain)

Theorie:

Das vom russischen Optiker Dmitri Maksutov erfundene Teleskop ist ebenfalls ein katadioptrisches System nur das hier die Schmidt-Platte durch eine meniskusförmige Linse ersetzt wird. Diese Linse erzeugt dabei aufgrund ihrer konstanten Stärke kaum Farbfehler und korrigiert gleichzeitig die sphärische Aberration. Zudem haben Maksutovs meist hohe Brennweiten was sie in dieser Kombination ideal für Planetenbeobachtung macht. Auch hier befindet sich der Fangspiegel direkt an der Linse weshalb die Fangspinne nicht benötigt wird. Da sowohl Primärspiegel und Fangspiegle bzw. Linse sphärisch geformt sind, ist die Herstellung wesentlich leichter als bei anderen Teleskopbauarten.
 

Abb.: Strahlengang eines Maksutov-Cassegrain-Teleskops by I, ArtMechanic. Licensed under Creative Commons Attribution 3.0 via Wikimedia Commons - Link zum Bild

Zudem gibt es noch sogenannte Maksutov-Newtons. Hierbei handelt es sich um ein Newtonteleskop, welches eine Meniskuslinse besitzt. Daher benötigt man bei einem MAK-Newton auch keinen zusätzlichen Komakorrektor.

Praxis und unsere Empfehlung an Sie:

Auch dieses Teleskop ist aufgrund der Linse ein abgeschlossenes System weshalb es lange auskühlen muss (bevor es seine bestmögliche Performance entfalten kann). Des Weiteren führt die Linse zu einem relativ hohen Gewicht und das sehr hohe Öffnungsverhältnis zu einem sehr kleinen Bildfeld.
 

Das Ritchey-Chrétien-(Cassegrain)

Theorie:

Bei dieser Cassegrainbauweise kommen zwei parabolisch geformte Spiegel zum Einsatz. Das führt zu einer komafreien Abbildung, weshalb keine Korrekturlinse (Maksutov) und keine Schmidtplatte (Schmidt-Cassegrain) benötigt wird. Aufgrund dessen sind diese Teleskoptypen vor allem im wissenschaftlichen Bereich an zu treffen. Der bekannteste Vertreter ist hierbei das Hubble-Space-Teleskop (HST) der NASA.

Praxis und unsere Empfehlung an Sie: