Physik-Teleskop - 11 A-LTG

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:
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

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.
2.
3.
4.
5.
Es soll weit entfernte kleine Himmelsobjekte (Planeten) vergrößertzeigen
Es soll viele Details auf Sonne und Mond zeigen, auch bei unruhiger Luft
Es soll möglichst schwache Sterne zeigen
Es soll möglichst schwache Nebel (Galaxien, Nebel, Kometen) zeigen
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.