Die Teleskop-Optik hat grundsätzlich 2 Funktionen,
Vergrößern und Licht sammeln. Beide sind direkt von der Öffnung abhängig,
d.h. ohne ausreichende Öffnung lassen sich bestimmte Dinge nicht erreichen.
Jedoch ist eine gute Qualität die Grundvoraussetzung, denn ohne
entsprechende Qualität kann extrem viel verloren gehen.
Optik-Berechnungen
Öffnungsverhältnis
f/ = f : D
Vergrößerung
V = f : f0
Austrittspupille
AP = D : V
Austrittspupille
AP = f0 : f/
mit:
D Durchmesser / freie Öffnung
f Brennweite des Teleskops
f/ Öffnungsverhältnis des Teleskops
f0 Brennweite des Okulars
V Vergrößerung
AP Austrittspupille
Lichtleistung
Abgesehen von Sonne und Mond hat das Teleskop
hauptsächlich die Funktion des Lichtsammelns. Die Lichtsammelleistung eines
Teleskops bestimmt sich primär aus der Öffnung, d.h. dem freien Druchmesser
oder besser der Fläche, auf der das Licht eingesammelt wird. Doppelter
Durchmesser = vierfache Fläche = vierfache Lichtmenge. Auch hier kann
einiges verloren gehen. Je nach Bauart, Anzahl der Komponenten, Qualität
der Oberflächen, Qualität der Vergütungen oder Verspiegelungen, und ggf.
unter Abzug von Abschattungen durch Fangspiegel und Blenden ergeben sich
Transmissions- bzw. Reflektionsverluste, die im Idealfall nur 5% für das
Gesamtsystem ausmachen. Die Netto-Lichtleistung kann bei einigen ziemlich
groß aussehenden Geräten schon ziemlich klein ausfallen. Rekordhalter
dürften die 8" f/6.3 Schmidt-Cassegrain sein, die bei einem Vergleichstest
in Sky&Telescope (12/1989) nur 53% Lichtdurchlaß brachten. Selbst bei
der Licht-Sammel-Leistung ist der Durchmesser zwar Grundvoraussetzung, aber
eben nicht alles. Selbst nach Abzug der Transmissionsverluste steht noch
nicht fest, welche Objekthelligkeit bzw. Grenzgröße ein Teleskop bringt.
Große Obstruktionen kosten zusätzlich auch Grenzgröße, weil das Licht eines
ausreichend hellen, gerade noch wahrnehmbaren Punktes überwiegend in die
Fläche der Beugungsscheibe gedrückt wird, und dort unter die
Wahrnehmungsgrenze sinkt. Systeme mit schlechter Kontrastschärfe verlieren
auch erheblich an Lichtleistung, weil Licht vom Objekt in den
Himmelshintergrund fließt. Das Streulicht kommt de facto einer erhöhten
Lichtverschmutzung des Himmels gleich.
Vergrößerung/Auflösungsvermögen
Die Vergrößerung macht Details eines entfernten
Objekts sichtbar, daneben hat sie auch im Deep Sky-Bereich eine wichtige
Funktion, siehe Deep Sky mit Minimalvergrößerung. Die sinnvolle
Maximal-Vergrößerung, eine zur Wahrnehmung zusätzlicher Details nutzbare
Vergrößerung, wird begrenzt durch die Austrittspupille (AP), d.h. die
Öffnung. Z.B. ist die sinnvolle Maximalvergrößerung am Planeten 0,7mm AP,
falls das Teleskop perfekt und das Seeing sehr gut ist. Mit 70mm Öffnung
ist das 100fach, mit 8" fast 300fach. Das Auflösungsvermögen ist
theoretisch durch die vorhandene Öffnunf begrenzt, und praktisch durch das
Seeing und die Qualität der Optik. Das theoretische Limit liegt im
visuellen bei 114 Bogensekunden/Öffnung in mm, z.B. 1,14" bei 100mm Öffnung
und 0,228" bei 500mm. Dies gilt für das Trennen von Doppelsternen, wenn
beide Komponenten weiß und 6,0m sind, und wenn das Seeing
perfekt ist, sonst geht weniger. Egal wie gut die Optik ist, mit einem
bestimmten Durchmesser lassen sich nur Details wahrnehmen, die größer als
das öffnungsbedingte Limit sind. Voraussetzung für das Erreichen dieses
theoretischen Limits mit einem bestimmten Teleskop ist eine gute optische
Qualität. Nichtsdestotrotz findet man in vielen Prospekten bei den
technischen Daten das "Auflösungsvermögen" für bestimmte Teleskope, ohne
Hinweis darauf, daß hier ein theoretisches Limit beworben wird. Dies
betrifft auch Geräte, bei denen kaum die Chance besteht, auch nur in die
Nähe des theoretischen Limits zu kommen. Dieses Beispiel macht deutlich,
daß gerade der angehende Astronom nicht die technischen Daten irgendwelcher
Teleskope vergleichen sollte, sondern erfahrene Astronomen befragen sollte,
z.B. auf Teleskoptreffen und in den Volkssternwarten.
Kontrast
Das alles entscheidende Qualitätskriterium für ein
visuell genutztes Teleskop findet sich in fast keinem Prospekt.
Kontrastschärfe, oder anders ausgedrückt, möglichst geringe Verluste in der
Kontrastübertragung. Eine hell erleuchtete, schwarz / weiße Testtafel kann
auch ein Teleskop mit geringer Kontrastschärfe bei entsprechend niedriger
Vergrößerung zufriedenstellend abbilden. Ein 100% Kontrast von 100% weiß
auf 0% schwarz der Testtafel wird nach einem 40% Verlust im Teleskop zum
60% Kontrast zwischen 80% hellgrau und 20% dunkelgrau verwischt - was hier
noch leicht reicht, um beide Bildkomponenten klar wahrzunehmen. Feine
Details auf einem Planeten, z.B. mit einem 20% Kontrast zwischen 60%
mittelgrau auf 40% hellgrau, wären in o.g. Teleskop unsichtbar, während es
durchaus Teleskope gibt, die diese Details sehr schön darstellen. Eine
vertrackte Eigenschaft mangelnder Kontrastschärfe ist es, daß sie nur in
Ausnahmefällen die Wahrnehmung des Objektes als solches verhindert, sondern
meist nur die wahrnehmbaren Details im Objekt drastisch reduziert. Wer das
Objekt nicht anders kennt oder keinen direkten Vergleich hat, hält es
vielleicht für normal, daß es 8-Zöller gibt, in denen Jupiter auch bei
gutem Seeing nur ein paar flaue Bänder zeigt.
DeepSky ohne
Kontrast?
Hier möchte ich auch auf den
weit verbreiteten Irrglauben eingehen, daß Kontrastschärfe nur für Planeten
benötigt wird, während für Deep Sky Objekte auch relativ billige
"Lichteimer" ausreichend sind. Nehmen wir zum Beispiel ein billiges 10-Zoll
Newton mit großem Fangspiegel und 1/4 PV Oberfläche, oder ein
Schmidt-Cassegrain. Das 2,5 mal so große Teleskop erreicht zur Not das
Auflösungsvermögen eines perfekten 4-Zoll-Refraktors, aber nicht einmal die
Kontrastschärfe des 4-Zöllers. Beim Vergleich dieser Geräte stellt nun der
Beobachter fest, daß er mit dem kleinen Refraktor am Planeten mehr sieht
als mit den großen Lichtsammlern. Das Gleiche gilt prinzipiell für vieles,
was im Refraktor gesehen werden kann. Nur bei Deep Sky Objekten zeigen sich
die großen Lichteimer mit ihrer über 4fach größeren Lichtsammelfläche
überlegen. Während man im Refraktor de facto nichts sieht, zeigen sie ein
diffuses Etwas. Ich nehme an, daß dieser Tatsache der Irrglaube entspringt,
für Deep Sky Beobachtung seien Lichtkanonen ohne ausreichende
Oberflächenqualität ausreichend. Wenn man mit einem perfekten Newton, das
durchaus etwas kleiner sein darf, das gleiche Deep Sky Objekt beobachtet,
wird man oft feststellen, daß es genauso hell, wesentlich präziser umrissen
und voll von Struktur ist. Ebenso erschließt das perfekte, große Newton
völlig neue Planetenbilder, die bei sehr großen, perfekten Geräten und
perfektem Seeing, wirklich nur an Voyager oder Space Telescope Aufnahmen
erinnern. DeepSky mit Minimalvergrößerung? Ein weiterer, weit verbreiteter
Irrglaube ist, daß Deep Sky Beobachtung generell bei niedriger Vergrößerung
abläuft. Dies stimmt nur für einen Teilbereich, wenn es um größtmögliches
Gesichtsfeld geht, ebenso für extrem lichtschwache, große Objekte, z.B.
Galaxien der lokalen Gruppe. Es stimmt auch, daß mit größeren Teleskopen
kleinere Vergrößerungen genügen, um das gleiche wie in kleineren Geräten zu
sehen. Sowie die Objekte, viel öfter aber Details in den Objekten, im
Grenzbereich der jeweiligen Öffnung liegen, ist hohe Vergrößerung angesagt.
Ich kann nur dazu raten, dies auch bei bekannten Objekten immer wieder zu
probieren. Wenn man mal für ein bekanntes Objekt sehr hohe Vergrößerung
wählt und sehr gutes Seeing erwischt, kommen immer wieder völlig neue
Details heraus. Man erschließt sich damit eine für die Astronomie positive
Wahrnehmungs-Schere, die jeder Astronom kennenlernt, wenn bei höherer
Vergrößerung der Himmelshintergrund dunkler wird. Diese subjektiv richtige
Wahrnehmung hat folgende Ursache: Mit zunehmender Vergrößerung sinkt die
Flächenhelligkeit linear, für Objekt und Himmel gleichermaßen, d.h. der
Himmel wird relativ zum Objekt nicht dunkler. Mit zunehmender Fläche eines
Objektes oder Details nimmt aber die Wahrnehmungsfähigkeit des Auges
expotentiell zu. Der Himmelshintergrund und das Objekt werden also linear
gleichermaßen dunkler, nur kann das Auge ein größeres Objekt wesentlich
besser wahrnehmen; hierdurch wird der Kontrast wesentlich stärker
wahrgenommen, was den Eindruck ergibt, der Himmel sei dunkler. Auch Details
innerhalb des Objektes können durch entsprechende Größe sichtbar gemacht
werden, auch wenn die Kontrastunterschiede nur minimal sind.