Kleinteleskope


An dieser Stelle soll etwas über die Technik von Teleskopen und Zubehör aufgeführt werden. Weil ein gutes Teleskop für den Amateur-Bereich eigentlich 20.000 Euro kosten müsste, sind alle im Handel verfügbaren und bezahlbaren Geräte relativ billige Massenware, und es erfordert einiges an Wissen (und auch Glück) um für wenig Geld eine ordentliche Optik zu bekommen. Es ist auch wichtig zu klären, was man eigentlich machen will, weil es keine Optik gibt, die für alle Zwecke gleichzeitig zu gebrauchen ist. Auch sollte ein Astronom wenigstens ungefähr wissen, wie sein Teleskop funktioniert! Für die Überlassung der Skizzen der verschiedenen Optiktypen danken wir Herrn Costantino von der Firma Meade Europa.

 

 

 

 Teleskop-Optiken 

Referat Katharina Gnilka

 

Bei Optiken für Teleskope unterscheidet man prinzipiell zwischen Refraktoren (Teleskopen mit einem Linsen-Objektiv) und Spiegelteleskopen (Teleskope mit Spiegeln als Objektiv). Teleskope mit Linsen als Objektiv haben heute stark an Bedeutung verloren, weil sich damit keine großen Öffnungen verwirklichen lassen. Im Amateur-Bereich sind Refraktoren jedoch noch recht beliebt, weil sich mit Linsen-Objektiven sehr gute Geräte kleiner Öffnung herstellen lassen. Kommt es auf große Lichtstärke an (große Öffnung) so verwenden jedoch auch Amateure prinzipiell Spiegel-Teleskope. Im Folgenden sollen einige der wichtigsten Bauformen besprochen werden:

 

Der klassische Refraktor: Dieses Fernrohr hat vorne ein Objektiv aus mehreren Linsen, das von diesem Objektiv entworfene Bild wir dann mit dem Okular (einer Lupe) vergrößert betrachtet. Den Strahlengang des Refraktors zeigt die folgende Abbildung. Im Fokus entsteht das Bild des Objekts, und wird dort durch ein in den Okularauszug eingesetztes Okular (in der Fig. nicht gezeichnet) betrachtet. Der Okularauszug lässt sich zum Fokussieren des Bildes mit einem Rad (unten rechts) verstellen. Blenden im Tubus sollen das von den Wänden reflektierte Streulicht abfangen.

 

 

Entscheidend ist bei einem Refraktor die Qualität des Objektivs. Weil blaues Licht stärker im Objektiv gebrochen wird als rotes Licht, liegt der Fokus für blaues Licht näher am Objektiv als der Fokus für rotes Licht. Das im Okular betrachtete Bild hat daher extrem hässliche Farbränder. Um diesen Fehler zu vermeiden, verwendet man zwei oder mehrere Linsen im Objektiv, fertigt man diese aus verschiedenen speziellen Glassorten (z.B. KF3 und ED), so lässt sich der Farbfehler weitgehend vermeiden. In ganz guten Refraktoren wird sogar für eine der Linsen kein Glas, sondern ein künstlich erzeugter Kristall aus Calzium-Fluorit eingesetzt. Je besser diese Gläser sind, und je größer die Objektive, desto teurer wird es. Ein Fluorit-Refraktor mit 128mm Öfnung kostet dann schon mindestens 5000 Euro, und zwar ohne Montierung und Stativ! Warum also ein so sauteures Gerät verwenden? Nun, einen preiswerten Refraktor ohne vollständige Kompensation des Farbfehlers sollte man normalerweise nicht kaufen, aber für einen wirklich guten Refraktor sprechen bei der Beobachtung von lichtstarken Objekten (Mond, Planeten) einige Argumente:

 

Vorteile:

Nachteile:

  • Sehr scharfe und kontrastreiche Bilder

  • Optik dejustiert sich kaum

  • Kaum anfällig gegen Luftunruhe

  • Kurze Abkühlzeit nach Aufbau

  • Geschlossene Optik (kein Schmutz)

  • Lichtschwach (kleine Öffnung)

  • Farbfehler bei preiswerten Geräten

  • Gute Geräte extrem teuer

  • Vergleichsweise schwer und unhandlich

 

Das klassische Spiegelteleskop: Das Licht wird von einem Hohlspiegel im Brennpunkt gebündelt. Da man dort kein Okular anbringen kann, wird das Licht seitlich über einen Fangspiegel umgelenkt. Das Okular sitzt dann also vorne seitlich am Tubus, eine für Beobachtungen nicht immer günstige Position. Ein solches Newton-Teleskop ist jedoch preiswert in guter Qualität zu fertigen, auch mit großer Öffnung. Allerdings liegt der Fangspiegel im Strahl des einfallenden Lichts, und verschlechtert dadurch die Bildqualität umso mehr, je größer er ist (Bildverschlechterung durch Obstruktion). Für Amateure, die ein lichtstarkes, gutes und preiswertes Teleskop wollen, ist ein Newton eine gute Wahl. Er hat jedoch auch einige Nachteile, s. Tabelle unten!

 

 

Vorteile:

Nachteile:

  • Relativ scharfe und kontrastreiche Bilder

  • Lichtstark (große Öffnung möglich)

  • Preiswert

 

  • Oft unbequeme Einblickposition

  • Dejustiert sich leicht

  • Anfällig gegen Luftunruhe

  • Vergleichsweise groß und unhandlich

  • Relativ lange Auskühlzeit

  • Offene Optik (Verschmutzung etc.)

Das Schmidt-Cassegrain: Es gibt nun viele Sonderformen von Spiegelteleskopen, eine besonders interessante ist das Schmidt-Cassegrain. Bei diesem Gerät befindet sich eine Korrekturplatte am Eingang des Teleskops, diese Platte dient auch als Halter für den Fangspiegel. Der Fangspiegel ist als Zerstreuungsspiegel ausgelegt, und reflektiert das Licht durch ein Loch im Hauptspiegel zum Okular. Durch diese Bauform erreicht man trotz langer Brennweite des Teleskops eine extrem kurze und kompakte Bauweise, wodurch sich auch die erforderliche Stabilität der Montierung und des Stativs reduziert. Das spart auch dort erhebliche Kosten. Die optische Qualität ist allerdings nicht so gut wie beim Newton oder gar Refraktor, es handelt sich also um einen gewissen Kompromiss mit dennoch vielen Vorteilen.

 

 

 

Eine Variante des SC ist das Maksutov-Cassegrain, bei dem der Fangspiegel direkt auf die Innenseite der Korrekturplatte aufgedampft ist. Ein Maksutov ist optisch etwas besser als ein SC, lässt sich aber nicht problemlos für ganz große Öffnungen bauen, und hat wegen der dickeren Korrekturplatte auch ein größeres Gewicht. Zum Fokussieren des Bildes wird übrigens bei vielen SC und Maksutovs einfach der ganze Hauptspiegel auf dem Hauptblendrohr verschoben. Dabei verschiebt sich der Spiegel leicht etwas seitlich, was sich auch auf das Bild im Okular auswirkt (es verschiebt sich ebenfalls), dieser unerwünschte Effekt heißt "Shifting". Vorteil dieser Methode ist jedoch, dass sich das Bild des Teleskops (also die Fokalebene) sehr weit aus dem Tubus heraus verschieben lässt, und damit das Anbringen von verschiedenartigstem okularseitigem Zubehör ermöglicht.

Für einen Amateur, der sich nicht zwei Teleskope leisten will, ist ein SC oder Maksutov ein sehr guter Kompromiss, besonders dann, wenn wegen schlechter Beobachtungsbedingungen das Fernrohr öfters zu einem besseren Beobachtungsort transportiert wird. Viele SC werden auch mit Computersteuerung geliefert, und sind dann besonders einfach zu bedienen. Bilder von einem SC finden sich hier.

 

 

 

Vorteile:

Nachteile:

  • Sehr kompakt

  • Lichtstark (große Öffnung möglich)

  • Geschlossenen Tubus

  • Sehr gute Einblickposition

  • Gabelmontierung möglich

  • Preiswert

  • Leicht transportalbel

  • Großer Fokusbereich für Zubehör

  • Anfällig gegen Luftunruhe

  • Relativ lange Auskühlzeit

  • Bildkontrast leicht reduziert

  • "Shifting" beim Fokussieren

 

 

 

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 Teleskop-Montierungen 

Referat Julia Laurien

 

Das beste Teleskop nützt einem nichts, wenn es nicht auf einer ordentlichen Montierung steht, und so der Bewegung der Himmelsobjekte nachgeführt werden kann. Die Nachführung kann manuell oder elektrisch erfolgen, das Aufsuchen von Objekten ist bei vielen modernen Teleskopen mittels eingebautem Computer möglich. Jede Montierung hat zwei zueinander senkrechte Achsen, damit das Teleskop auch wirklich auf jeden Punkt des Himmels geschwenkt werden kann. Prinzipiell unterscheidet man bei Amateur-Teleskopen drei Arten von Montierung:

 

Die Deutsche Montierung: Diese Montierung besteht aus einem Achsenkreuz, bei dem eine der Achsen (Polachse) genau auf den Himmelspol in der Nähe des Polsterns ausgerichtet wird. Durch Drehen um diese Achse stellt man die Himmelsrichtung ein, unter der das Objekt erscheint. Mit der anderen Achse (Deklinationsachse) wird die Höhe des Objektes am Himmel eingestellt.

Ist ein Objekt erst einmal eingestellt, so reicht es dann, das Teleskop mit einem elektrischen "Uhrwerk" um die Polachse zu drehen, damit der Stern im Blickfeld des Okulars stehen bleibt.  Durch das Nachführen mit nur einer einzigen zum Himmelspol gerichteten Achse vermeidet man die Bildrotation, d.h. während das Teleskop nachführt, bleibt die Lage eines Objekts im Bildfeld des Okulars auch nach mehreren Stunden völlig unverändert (das Objekt dreht sich nicht im Bildfeld), und daher ist eine Deutsche Montierung auch für lange Belichtungszeiten bei Fotos brauchbar!

Ein weiterer Vorteil dieser Montierung ist auch die Flexibilität: Es lassen sich verschiedene Optiken auf die Montierung aufsetzen, man benötigt also nicht für jede Optik eine eigene Montierung! Weil sich der Tubus von der Montierung trennen lässt, ist die ganze Angelegenheit auch kompakt transportabel. Ein Nachteil ist hingegen das Gewicht: Damit das Teleskop in beiden Achsen exakt ausbalanciert ist, benötigt man ein großes Gegengewicht auf der Polachse. Nur die Deklinationsachse lässt sich ohne Gegengewicht durch Verschieben des Tubus in einem Schwalbeschwanz (s. Bild)  ausgleichen. Auch dauert der Aufbau und die Ausrichtung auf den Himmelspol bei einer solchen Montierung länger, als es einem in einer eiskalten Winternacht im Gebirge lieb ist. Zur Ausrichtung auf den Himmelspol wird in die hohlgebohrte  Polachse (im Bild von rechts unten nach links oben) ein kleines Fernrohr gesteckt, mit diesem "Polsucher" erfolgt dann die Ausrichtung mit Hilfe des Polsterns.

 

Vorteile:

Nachteile:

  • Kompakte Einheit

  • Für mehrere Tuben nutzbar

  • Für Fotografie voll geeignet

  • Nachführung auch ohne Computer

  • Aufbau etwas umständlich

  • Gegengewichte erforderlich

  • Ausrichtung auf Himmelspol

  • Teurer als Gabelmontierung

  • Keine optimale Einblickposition

 

Die azimutale Montierung: Bei einer solchen Montierung steht eine Achse senkrecht zum Boden (Stundenachse), mit ihr lässt sich das  Teleskop horizontal schwenken. Die zweite Achse (Deklinatonsachse) ermöglicht das Schwenken in der senkrechten Richtung.  Auf diese Weise werden alle Punkte des Himmels zugänglich, ohne das eine der Achsen zum Himmelspol ausgerichtet werden muss.

In Form einer Gabel ist eine azimutale Montierung recht stabil, und benötigt keine Gegengewichte. Sie ist jedoch nur für kurze Fernrohre (bevorzugt SC) geeignet, und ein Auswechseln der Optiken wie bei einer Deutschen Montierung ist kaum möglich. Bei einer computergesteuerten azimutalen Gabelmontierung darf oft die Verbindung zum Tubus nicht getrennt werden (Dejustierung droht sonst), daher hängen beide Teile auch beim Transport immer zusammen.

Will man eine solche Montierung der Bewegung des Himmels nachführen, so ist natürlich die Bewegung um eine Achse alleine nicht ausreichend, und es ist ein Computer zwingend erforderlich, der beide Achsen exakt koordiniert über Schrittmotore dreht. Dabei bleibt das Objekt zwar genau im Feld des Okulars, aber es dreht sich dort im Laufe der Zeit um den Mittelpunkt des Bildfeldes (Bildfeldrotation). Damit ist eine solche Montierung für Fotografie ungeeignet, wenn die Belichtungszeit länger als ca. 2 Minuten dauert.

Für die visuelle Beobachtung ist eine solche Montierung jedoch unschlagbar bequem. Sie ist extrem schnell aufgebaut (keine Ausrichtung der Achsen erforderlich), und das Okular bleibt immer in einer für den Beobachter sehr günstigen Position. Für das Hantieren im Dunkeln und bei großer Kälte eindeutig Papas Favorit!

Das Problem mit der Bildfeldrotation lässt sich übrigens auch lösen: Man setzt die Gabel samt Teleskop einfach auf eine Polhöhenwiege, damit zeigt die Stundenachse dann exakt zum Himmelspol, und aus der azimutalen wird eine polare Montierung. Fast alle Vorteile einer azimutalen Gabel sind allerdings bei einem solchen Aufbau wieder im Eimer, es handelt sich eher um eine Art Notbehelf. Das Bild links zeigt eine azimutale Gabelmontierung auf einer Polhöhenwiege, die Wiege sorgt dafür, dass die Gabel in Richtung des Himmelspols zeigt. Dadurch wird die Stundenachse der Gabel zu einer Polachse. Weitere Bilder gibt es hier.

 

Vorteile:

Nachteile:

  • Schnell Aufgebaut

  • Stabil und unkompliziert

  • Keine Gegengewichte

  • Gute Einblickposition am Okular

  • Normalerweise preiswert

  • Fotografie nur mit Polhöhenwiege

  • Elektrische Nachführung nur mit Computer

  • Oft untrennbare Einheit mit Teleskop

  • Für lange Tuben weniger geeignet

 

Die Dobson-Montierung:  Diese Art der Montierung ist etwas für Puristen. Hier wird ein Newton-Tubus in einen Sperrholz-Kasten gesetzt, und lässt sich dort mit wunderschön glatt und ruckfrei laufenden Teflon-Lagerflächen bewegen. Der Aufbau des Teleskops dauert eine Minute, und die Nachführung übernimmt der Beobachter selbst, indem er leicht am Okular in die richtige Richtung zieht oder drückt. Bei hohe Vergrößerung läuft ein Planet in wenigen Sekunden aus dem Blickfeld, also ist das Nachführen von Hand nicht ganz unproblematisch. Fotografieren ist ebenfalls kaum möglich, und auch den Himmel sollte man schon recht gut kennen, um lichtschwache Objekte ohne Computer zu finden!

Es gibt allerdings nirgends so extrem preiswert eine so hohe optische Leistung wie bei einem Dobson-Teleskop, solche Geräte können auch sehr große Spiegle enthalten. Einen richtigen Dobsonisten stört es dann auch nicht, wenn er bei seinem Riesen-Teleskop auf einer Leiter  stehen muss,  weil das Okular 3m über dem Boden ist.  Wer einmal bei besten Bedingungen die nächtliche Leiter überlebt hat, und Saturn bei 1000-facher Vergrößerung gesehen hat, vergisst das allerdings sein ganzes Leben nicht mehr.......

 

Vorteile:

Nachteile:

  • Extrem schneller Aufbau

  • Sehr billig

  • Keine Nachführung

  • Keine Fotografie

  • Nicht mit anderen Tuben kombinierbar

  • Keine Computersteuerung möglich

 

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 Wie gut ist mein Teleskop? 

von Kater Francis

 

Ja, was ist denn da los? Das fragen sich viele Hobby-Astronomen (und auch manche professionellen Beobachter), wenn sie im Teleskop mal wieder nicht das sehen, was sie sehen wollen. Liegt es nun am Wetter und der Luftunruhe, dass das Bild nicht scharf werden will? Ist die Optik noch nicht genügend ausgekühlt? Ist das Teleskop dejustiert, oder ist (welch schrecklicher Gedanke) sogar die teure Optik selbst fehlerhaft? Wie beneidenswert sind da die Teleskop-Besitzer, die sich ganz beruhigt im Sessel zurücklehnen und auf bessere Bedingungen warten können, weil sie aufgrund von Tests ganz genau wissen, dass es an mangelnder Qualität der Optik nicht liegen kann. Und spätestens jetzt kommt bei den Unwissenden der Wunsch auf, etwas mehr über die Qualität ihrer Optik zu erfahren.

Ganz einfach ist das natürlich nicht, oft können wenige Zehntausendstel Millimeter Glas den Unterschied zwischen sehr gut und fast unbrauchbar ausmachen! Hier ist entweder teure Messtechnik gefragt, oder wenigsten ausreichende Kenntnis der Qualitätskriterien! Am Anfang sollte die Frage stehen, was für Mängel überhaupt auftreten können, hier einige der wichtigsten:

 

Fehlerquelle

Auswirkungen des Fehlers

Sphärische Aberration

Dabei handelt es sich um alle Abweichungen von der korrekten Linsen/Spiegelform, die kreissymmetrisch zur optischen Achse verlaufen, also zum Beispiel eine Oberfläche mit einem runden "Trichter" in der Mitte würde sphärische Aberration erzeugen! Sphärische Aberration verhindert eine scharfe Abbildung in einem exakt definierten Fokus-Punkt.

Astigmatismus

Ist eine optische Fläche so verformt, dass sie das Bild eines kreisrunden Gegenstands oval verzerrt, so spricht man von Astigmatismus. Wird eine optische Fläche zylinderförmig "verbogen", so erzeugt das z.B. in jedem Fall Astigmatismus! Für eine solche "Verbiegung" reicht schon eine geringe Verspannung einer Linse in ihrer Fassung!

Koma

Es kann sein, dass eine Optik die Bilder aller Sterne zu kleinen "Kometen" auseinanderzieht, deren Schweife zum Rand des Bildfeldes zeigen. Solch ein Fehler heißt Koma. Tritt dieser Fehler auch in der Bildmitte (auf der optischen Achse) auf, so ist die Optik definitiv fehlerhaft, tritt Koma nur am Bildfeldrand auf, so kann es bei bestimmten Optiken auch "normal" sein!

Chromatische Aberration

Wenn Licht durch Glas läuft, wird es in seine Spektralfarben zerlegt. Das ist höchst unerwünscht, und so werden bei Linsenobjektiven mindestens zwei Linsen aus sehr teure Glassorten kombiniert, um diesen Fehler möglichst zu vermeiden. Spiegeloptiken haben dieses Problem nicht. Auch bei recht guten Refraktoren (Linsenteleskopen) ist eine geringe Chromatische Aberration normal.

Streulicht

Das ist Licht, das bei einer sonst guten Optik nicht genau dort landet, wo es eigentlich hingehört. Streulicht entsteht z.B. durch nicht genügend gut polierte ("rauhe") optische Flächen. Streulicht kann eine sonst perfekte Optik unbrauchbar machen, weil dadurch der Kontrast der Abbildung stark verschlechtert wird!

Dejustage

Das ist eigentlich kein Fehler der Linsen/Spiegel selbst. Enthält ein optisches System mehrere Komponenten (Linsen, Spiegel), so müssen diese in ganz exakten Positionen zueinander stehen, sonst ist die Optik "dekollimiert", was ebenfalls extrem unangenehme Bildfehler produziert!

 

Wie testet man nun? Bevor man also über die schlechte Qualität seines Fernrohres schimpft, sollte man es erst einmal gemäß den Vorgaben des Herstellers absolut exakt justieren ("kollimieren"), was schon nicht immer ganz einfach ist. Vor dem Test am Himmel muss die Optik auf exakt dieselbe Temperatur wie die Umgebung kommen, was bei einigen Optiken mehrere Stunden dauern kann. Um das Problem zu verdeutlichen: Tippt man mit den Finger einige Sekunden lang auf die Optik, so sieht man in einem empfindlichen Testgerät am Berührpunkt einen riesigen "Hügel", der erst nach sehr langer Zeit wieder verschwindet. Ursache hierfür ist die ganz winzige Erwärmung (und damit  Ausdehnung) der optischen Fläche durch die Berührung! Aber nun geht es zur Sache: Wie kann die gut justierte Optik nun getestet werden? Dazu gibt es zwei wichtige Möglichkeiten, von denen eine auch vom weniger erfahrenen Beobachter durchgeführt werden kann:

Beiden Testmethoden ist gemeinsam, dass sie schon auf geringste Fehler der Optik sehr sensibel reagieren, wobei Interferogramme mit geeigneten Computerprogrammen zu relativ verlässlichen "Qualitätszahlen" führen, die der Optik als Protokoll beigegeben werden können. Der Sterntest ist quantitativ nicht so einfach auswertbar, gibt dem geübten Beobachter aber dennoch eine sehr gute Auskunft bezüglich der Qualität des Fernrohrs. Am besten ist es, wenn man beide Methoden heranzieht, und jeweils zur selben Beurteilung der Optik kommt! Es sei noch angemerkt, dass die Qualität eines Fernrohrs praktisch nur durch die Qualität des Objektivs gegeben ist, die Qualität des Okulars spielt keine sehr entscheidende Rolle (zumal ein schlechtes Okular ja auch mit wenigen Handgriffen durch ein besseres Teil ersetzt werden kann!

 

Sternbild im Idealfall: Wie sollte nun ein Sternbild in einem idealen Fernrohr aussehen? Dazu muss man bedenken, dass das Licht an der runden Eintrittsöffnung des Objektivs gebeugt wird. Diese Beugung führt aus theoretischen Gründen dazu, dass das Bild nicht punktförmig ist, sondern wie ein kleines, helles Scheibchen (Airy-Disk) aussieht. Zusätzlich ist dieses Scheibchen von hellen Ringen (Beugungsringen) umgeben, die nach außen hin immer schwächer werden. Bei einem Stern mittlerer Helligkeit sollte das ideale Bild so aussehen, dass ein sehr helles, kreisrundes Scheibchen von einem vergleichsweise nicht sehr hellen Ring umgeben ist, ein weiterer Ring darf andeutungsweise auch noch zu sehen sein. Der Rest des Bildfeldes sollte möglichst pechschwarz und völlig dunkel sein (es sollte also kein Streulicht vorhanden sein). Wie man sich das in etwa vorstellen muss, zeigt das Bild rechts, es zeigt das Aussehen eines Sterns bei extrem hoher Vergrößerung (ca. 1000fach) bei einem genau justierten und fokussierten Teleskop mit idealer Optik. Spiegeloptiken haben im Strahlengang in der Mitte noch den Fangspiegel (Sekundärspiegel), der die Bildqualität um so mehr verschlechtert, je mehr er vom Strahlengang abschattet, größere Abschattung (Obstruktion) führt also zu einem schlechteren Bild mit mehr Beugungsringen, die auch heller als bei einem Linsenobjektiv sind. Für alle Arten von Optiken gilt folgende Regel: Beim Defokussieren des Sterns wird das Sternbild zu einer immer größer werdenden "Scheibe", an deren Struktur viele Fehler der Optik erkannt werden können. Bei gleicher Entfernung vom Fokuspunkt nach innen oder außen sollten die Bilder bei einer guten Optik möglichst identisch aussehen.

Der Strehl: Eine wichtige Kennzahl für die Güte einer Optik ist der Strehl. Ein Strehl von 1 bzw. von 100% bedeutet, dass die Optik so viel Licht wie theoretisch überhaupt möglich im zentralen Airy-Disk vereint. Ein Strehl von 0,8 bzw von 80% würde 80% des theoretisch möglichen Lichts im Airy-Disk vereinen, eine solche Optik ist noch ausreichend gut, und wird gerade noch als "beugungsbegenzt" bezeichnet. Da ein Refraktor wegen der fehlenden Obstruktion theoretisch mehr Licht in den Airy-Disk vereinigen kann als ein Spiegelteleskop, ist ein Refraktor mit 100% Strehl besser(!) als ein Spiegel mit 100% Strehl!

 

Praxisbeispiel Sterntest: Ein Beispiel für einen Sterntest an einem relativ großen Refraktor zeigt das Bild links. Es handelt sich dabei um ein zweilinsiges Objektiv mit einer Linse aus einem sehr teuren Spezialglas zur Reduktion des Farbfehlers, einen ED-Apochromaten. Dennoch zeigen die Beugungsbilder noch deutliche Farbreste, diese Chromatische Aberration hält sich aber in Grenzen, und wird nur beim Beobachten sehr heller Objekte etwas stören. Das alle Bilder schön rund sind bescheinigt eine gute Justage der Optik sowie die völlige Abwesenheit von Koma und Astigmatismus, in diesen Punkten ist die Optik also (fast) ideal! Leider zeigen sich sehr deutliche Unterschiede in den um 0,6mm defokussierten Bildern, was auf eine erhebliche Sphärische Aberration hinweist. Das extrafokale Bild ist innen dunkel und außen hell, beim intrafokalen Bild ist es umgekehrt, zusätzlich ist das intrafokale Bild von einem dicken Ring aus Streulicht umgeben. Experten können unschwer erkennen, dass die Wellenfront der Optik in der Mitte eine tiefe "Delle" aufweist, was bedeutet, dass eine der Linsen in der Mitte einen unerwünschten "Hügel" aufweist, und dass der Strehl eher unter 80% liegt. Also die Optik wegwerfen? Nein, keinesfalls! Schaut man auf das fokale Bild (also das Bild, das man bei gut fokussiertem Fernrohr am Himmel sieht), so zeigt sich ein schönes helles Airy-Scheibchen, umgeben von nur einem nicht zu hellen Beugungsring. Die Sphärische Aberration macht sich im Wesentlichen durch Streulicht bemerkbar, dass das sonst recht gute Sternbild umgibt.

Ergebnis des Sterntests: Es handelt sich um eine Optik die nicht perfekt ist, aber ein wesentlich besseres Bild liefert, als der Strehlwert vermuten ließe, also eine Optik, mit der man viel Freude haben wird! Schon der Anblick des recht guten fokalen Bildes zeigt auch jedem wenig versierten Beobachter diese ordentliche Qualität! Da die Luft für solche extrem vergrößerten Sternbilder (1000fach) nur selten ruhig genug ist, sollte man den Sterntest eventuell besser an einem "künstlichen Stern" machen, z.B. mit einer Leuchtdiode, die sich hinter einer Metallfolie mit einem winzigen Loch (Durchmesser 0,1mm maximal) befindet. Der künstliche Stern sollte ca. 50m vom Teleskop entfernt aufgestellt werden, je weiter weg, desto besser! Vor dem Test muss das Fernrohr in jedem Fall völlig an die Außentemperatur angepasst sein!

 

Praxisbeispiel Interferogramm: Wer es ganz genau wissen will, muss ein Interferogramm der Optik anfertigen lassen. Das Interferometer liefert wie oben beschrieben Streifenmuster, deren Auswertung reproduzierbare Werte für die Qualität der Optik ergeben. Wie das ungefähr aussieht, zeigen die Bilder einer fast idealen Optik. Zunächst links das vom Interferometer fotografierte Streifenmuster (Interferogramm). Die Streifen verlaufen schön gleichmäßig (gerade, parallel, gleich dick, gleicher Abstand). Da schon geringste Abweichungen von der Idealform starke Auswirkungen auf das Streifenmuster haben, bedeutet das für die vorgestellte Optik, dass sie eine hervorragende Oberflächenform hat. Die Abweichung von der idealen Oberflächenform berechnet der Computer aus dem Streifenmuster, sie ist im zweiten Bild von links räumlich dargestellt. Ideal wäre eine völlig ebene Fläche (alle Abweichungen Null). Man sollte sich durch die "Hügel" und "Täler" nicht täuschen lassen, die Oberflächenfehler sind minimal, wie im dritten Bild erkennbar ist, das natürlich nur für einen Durchmesser quer über die Optik gilt: Gemessen vom höchsten zum niedrigsten Punkt sind es auf dem gewählten Durchmesser 50nm (50 Millionstel Millimeter)! Der Computer berechnet nun noch drei Zahlen, die die Qualität der Oberflächenform festlegen:

 

Eine fast ideale Optik

 

Messwerte der Optik:

PTV  0,120  λ

RMS  0,023  λ

Strehl  0,98 = 98%

 

Betrachten wir nun den interferometrischen Test des Refraktors, der oben am Stern getestet wurde. Das Interferogramm unten links zeigt S-förmig verzerrte Linien mit Koma und Sphärischer Aberration, weil die zwei Linsen des Objektivs nicht korrekt gegeneinander Justiert waren. Nach erfolgter Kollination ergab sich das Interferogramm rechts daneben, das nur noch eine Einsenkung der Streifen in der Mitte ergibt. Da die Einsenkung sehr symmetrisch ist, hat die Optik weder Koma noch Astigmatismus, sondern "nur" Sphärische Aberration (SA). Leider ist die SA recht kräftig, und es stellt sich die Frage, ob die Optik trotz der recht bescheidenen Werte von PTV, RMS und Strehl brauchbar ist. Um das zu klären wurde ein Interferogramm gefertigt, das dem später bei der Beobachtung schärfsten Fokuspunkt entspricht. Durch diese spezielle Wahl verschlechtert sich der PTV-Wert sogar auf miserable 0,8 Wellenlängen (an der Skala links ablesbare Differenz zwischen Unten und Oben), aber es zeigt sich deutlich: Der tiefe Trichter in der Wellenfront (gelber und roter Bereich im Bild unten) macht nur 20% der Fläche der Optik aus, die restlichen 80% haben eine sehr gute, flache Form (blauer Bereich im Bild).

Ergebnis des Interferometers: Trotz relativ schlechter Zahlenwerte wird die Optik mit 80% der Fläche ein sehr gutes Bild liefern, das Streulicht der restlichen 20% werden die Schärfe kaum beeinflussen, aber den Bildkontrast leicht verringern. Eine Optik also, die durchaus feine Details an Mond und Planeten besser zeigen wird, als die üblichen Teleskope aus der Massenfertigung.

Der Refraktor von oben:

Messwerte der Optik bei korrekter Fokussierung (siehe Text):

PTV  0,29  λ

RMS  0,08  λ

Strehl  0,77 = 77%

 

Ein kritischer Versuch: Das Interferogramm zeigt einen Trichter in der Wellenfront. Ein solcher Trichter bedeutet in der Praxis einen Hügel auf einer Linse des Objektivs. Es liegt nun nahe, diesen Hügel einfach weg zu polieren. Das ist eine kritische Angelegenheit, dabei geht es um wenige Millionstel Millimeter Glas, die exakt an der richtigen Stelle entfernt werden müssen. Macht man einen Fehler, so ist das 10.000 Euro teure Objektiv zerstört. Gelingt die Politur, so bekommt man zur Belohnung eine fast perfekte Optik. Wir konnten einfach nicht widerstehen, und so gaben wir unserem Optik-Spezialisten freie Hand. Nach bangen Tagen die Erlösung: Die Korrektur war gelungen. Es reichten nur ca. 100 Polierstriche an der richtigen Stelle, und der Hügel musste sich verabschieden!

Den Erfolg zeigen die Bilder unten im Vergleich zu den Bildern darüber: Das grüne Interferogramm zeigt nun fast parallele Linien im gleichen Abstand, die oben sichtbare "Senke" in der Mitte ist weg! In der bunten räumlichen Darstellung der Wellenfront ist der Trichter komplett verschwunden!

 

Die "Senke" im Inter-ferogramm oben bedeutet einen Hügel auf der Linse.

Dieser Hügel wurde wegpoliert. Jetzt ist die Optik fast ideal!

Messwerte der Optik nach dem Nachpolieren des Objektivs:

PTV  0,093  λ

RMS  0,020  λ

Strehl  0,98 = 98%

 

Und wie sieht nun der Sterntest aus? Das Bild unten zeigt den Sterntest vor der Korrektur (obere Reihe), und nach der Korrektur (untere Reihe). Dabei fällt sofort auf, dass das intrafokale Bild deutlich kleiner geworden ist, und der extrem helle Punkt in der Mitte verschwunden ist. Das extrafokale Bild war vor der Korrektur innen ganz schwarz, nach der Korrektur ist es bis ganz innen mit Helligkeit ausgefüllt. Damit sind sich das intrafokale und extrafokale Bild wesentlich ähnlicher geworden, was auf eine sehr deutliche Besserung hinweist. (Im Idealfall sollten die Bilder völlig gleich aussehen, allerdings hat das hier vorliegende Objektiv noch einen geringen Farbfehler, der die Symmetrie stört.)

Der Strehl ist von 77% auf 98% angestiegen, das bedeutet, dass nun 98% des theoretisch möglichen Lichts im inneren Beugungsscheibchen vorhanden sind (zuvor nur 77%), was ein deutlich schärferes Bild erwarten lässt. Dem entsprechend ist das fokale Bild nun fast nur noch ein helles Scheibchen, umgeben von einem nur schwachen ersten Beugungsring. Die Aktion war also ein voller Erfolg! Wie sich diese Verbesserung in der Praxis auswirkt, wird sich zeigen!

Leider ist die innere Linse des Objektivs nicht vergütet, was die Abbildung etwas verschlechtert. Allerdings wäre bei einer vergüteten Linse auch ein Nachpolieren nicht so einfach möglich gewesen, weil die Vergütungsschicht Probleme bereitet hätte. Die hier geleistete Arbeit ist einem absoluten Profi vorbehalten, der die Optik im Laufe der Korrektur auch mit einem Interferometer auf Millionstel Millimeter nachmessen kann. Die Messungen sind so empfindlich, dass ein ganz kurzes Berühren der Linse mit einem Finger einen hohen "Berg" im Interferogramm erzeugt, der erst nach mehreren Minuten langsam in sich zusammenfällt. (Der Berg entsteht durch die geringe Erwärmung der Linse infolge der Berührung, und die dadurch hervorgerufene minimale Ausdehnung!)

 

Was ist nun noch zu beachten? Der Test am Interferometer gibt sehr genaue Auskunft über die Abweichungen von der korrekten Form einer Optik. Ist die Form nicht in Ordnung, so kann eine Optik kein gutes Bild liefern. Es gibt aber Fälle, bei denen die Form sehr gut ist, die Oberflächen der Gläser aber feinste Rauhigkeiten aufweisen (z.B. nicht gut genug poliert sind). Diese Rauhigkeiten können den Bildkontrast einer sonst perfekten Optik verschlechtern. Daher ist es immer sinnvoll, eine Optik zusätzlich am Stern zu testen, um das Ergebnis des Interferogramms zu ergänzen.

 

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