Die Öffnung:
Warum ist die Öffnung eines Fernrohres so wichtig?
Die Öffnung des Teleskopes ist das wichtigste Kriterium für die Leistungsfähigkeit eines Fernrohres. Egal welche Vergrößerungen am Karton aufgeführt sind, es gilt folgende Regel:
Je größer die Öffnung, desto leistungsfähiger ist das Fernrohr.
Was bewirkt eine größere Öffnung?
Die lichtsammelnde Fläche wird größer. Ein Fernrohr mit 100mm Öffnung sammelt bereits 2,7 x so viel Licht, wie ein Fernrohr mit 60mm Öffnung. Gasnebel und Galaxien können besser beobachtet werden, schwächere Objekte können erkannt werden.
Die Auflösung steigt, es können feinere Details an Mond und Planeten erkannt werden. Mit der steigenden Auflösung steigt auch die sinnvolle Maximalvergrößerung. Die nebenstehende Aufnahme zeigt gut
Öffnung und maximale sinnvolle Vergrößerung hängen direkt zusammen!
Gerade hier liegt es bei vielen Fernrohranbietern im Argen. Es werden utopische Vergrößerungen angegeben, um Kunden zu locken. Ob dies aus Unkenntnis oder bewußter Irreführung geschieht, sei dahingestellt. Folgende Faustregel sollte man sich merken:
Newton Spiegelteleskope, Rich Field Refraktoren, Schmidt Cassegrains:
Öffnung in Millimeter x 1,5 = maximal sinnvolle Vergrößerung
Refraktoren ab f/8, Maksutov-Teleskope:
Öffnung in Millimeter x 2 = maximal sinnvolle Vergrößerung
Selbstverständlich gibt es von dieser Faustregel leichte Abweichungen. Newtons ab f/8 vertragen durchaus noch etwas höhere Vergrößerungen, während man bei Refraktoren doch nicht so weit gehen sollte. Sollten die Angaben von diversen Anbietern aber deutlich von dieser Grundregel abweichen, verrät das viel über die Seriösität des Anbieters.
Was passiert, wenn man deutlich über die maximal sinnvolle Vergrößerung hinauausgeht?
Theoretisch kann man mit jedem Fernrohr 500fach oder mehr vergrößern. Gerade dies machen sich viele Anbieter zunutze. Wenn man aber über die maximal sinnvolle Vergrößerung rausgeht, kommt man sehr schnell in den leeren Vergrößerungsbereich. Das Objekt wird zwar größer dargestellt, es kommen aber keine weiteren Details dazu. Im Gegenteil, das Bild wird dunkler und unschärfer, alles wirkt verwaschen.
Die maximal sinnvolle Vergrößerung ist erreicht, wenn alle Details, die die Fernohroptik auflösen kann, auch gezeigt werden.
Die Vergrößerung:
Brennweite
Die Brennweite ist neben der Öffnung die zweitwichtigste Kenngröße eines Fernrohres. Man braucht die Brennweite, um die Vergrößerung zu berechnen.
Die maximal sinnvolle Vergrößerung
Sie ist in erster Linie durch die Öffnung des Teleskops definiert. Zwar kann man die Vergrößerung noch unendlich steigern, doch das führt nicht mehr zu einer verbesserten Auflösung. Warum dem so ist, haben wir in dem Artikel über die Öffnung genau beschrieben. Eine weitere Begrenzung wird durch das Seeing vorgegeben. Je unruhiger die Luft ist, desto weniger Details können durch eine höhere Vergrößerung gezeigt werden.
Die Brennweite ist bei klassischen Linsenfernrohren der Abstand vom Objektiv zum Brennpunkt, wo sich das Okular befindet. Bei Spiegelfernrohren nach Newton ist es eben der Abstand vom Hauptspiegel zum Okular. Es gibt auch Fernrohrtypen, wo durch Spiegel oder Linsen die Brennweite verlängert wird, um eine kurze Bauweise zu erhalten. Diese optischen Teile wirken ähnlich, wie ein Konverter beim Teleobjektiv.
Man kann also nicht immer von der Baulänge eines Fernrohres Rückschlüsse auf die Brennweite ziehen. Oft verbergen sich in einer kurzen Bauweise durchaus längere Brennweiten. Die Brennweite ist meist auf dem Tubus angegeben. Aus dem Zusammenspiel Brennweite und Okularbrennweite ergibt sich dann die Vergrößerung. Auch auf dem Okular steht die Brennweite.
Beispiel:
Ein Refraktor hat 1.000 mm Brennweite und man möchte z.B ein Plössl mit 20mm Brennweite nutzen. Es gilt folgende Formel:
Vergrößerung = Brennweite des Fernrohres / Brennweite des Okulares
Beispiel:
1.000mm Brennweite / 20mm Okularbrennweite = 50fache Vergrößerung.
Eine kleine Abwandlung: Wir wissen, daß die maximale sinnvolle Vergrößerung bei einem Refraktor mit 100mm Öffnung ca. 200fach ist. Welche Okularbrennweite brauche ich nun?
Brennweite des Fernrohres / gewünschte Vergrößerung = Okularbrennweite
Beispiel:
1000mm Brennweite / 200fache Vergrößerung = 5mm Okularbrennweite
Die minimale sinnvolle Vergrößerung / Austrittspupille
Ebenso, wie es die sinnvolle Maximalvergrößerung gibt, existiert auch in die andere Richtung eine Grenze. Diese Grenze ist durch unser menschliches Auge vorgegeben. Bei guter Dunkeladaption öffnet sich die Pupille des menschlichen Auges auf ca. 6,5mm (bei dem einen etwas mehr, beim anderen weniger). Das Strahlenbündel, welches das Okular verlässt, soll nicht größer sein, als die maximale Pupillenöffnung des Auges. Ansonsten würde das Auge abschatten und man verschenkt kostbare Öffnung.
Wie errechnet man den Durchmesser der Austrittspupille: Man braucht hierzu zwei Werte. Die Okularbrennweite und das Öffnungsverhältnis (siehe linke Spalte), also der f/.. Wert. Die nachfolgenden Beispiele beziehen sich auf einen Newton mit 150mm Öffnung und 750mm Brennweite, also mit einem Öffnungsverhältnis von f/5.
Austrittspupille = Okularbrennweite / Öffnungsverhältnis
Beispiel:
20mm Okularbrennweite / f/5 = 4mm Austrittspupille.
Wie errechne ich die minimale sinnvolle Vergrößerung: Zu diesem Zweck wandelt man einfach die Formel ein wenig um. Wir gehen von einer maximalen Pupillenöffnung von 6,5 mm aus.
Okularbrennweite = Öffnungsverhältnis x 6,5 mm
Beispiel:
f/5 x 6,5 mm max. Austrittspupille = 32,5 mm Okularbrennweite
Bei einem Öffnungsverhältnis von f/5 erreicht man also mit einem Okular mit 32mm Brennweite die sinnvolle Minimalvergrößerung. Ein Okular mit 40mm Brennweite würde nichts bringen.
Gesichtsfeld:
Wie berechnet man das wahre Gesichtsfeld am Himmel?
Die Frage, welches Feld ich am Himmel mit einem bestimmten Okular überblicken kann, ist oft entscheidend für den Beobachtungserfolg. Es gibt recht aufwendige Berechnungsmethoden für das wahre Gesichtsfeld eines Okulars. In der Praxis hat sich aber eine Faustformel bewährt.
Für diese Formel braucht man die Vergrößerung und das scheinbare Gesichtsfeld des Okulares. Dieses Gesichtsfeld ist, neben der Brennweite, die wichtigste Angabe bei einem Okular. Ein Plössl Okular hat zum Beispiel etwa 50° scheinbares Gesichtsfeld.
Beispiel:
50 Grad Okulargesichtsfeld / 25fache Vergrößerung = 2° wahres Gesichtsfeld am Himmel
zur Orientierung: Der Mond hat den Durchmesser von einem halben Grad. Die Faustformel berücksichtigt die Verzeichnung der Okulare nicht. Aber für einen groben Richtwert ist sie absolut ausreichend. Besonders sinnvoll ist die Formel bei schwachen Vergrößerungen, wenn man wissen will, wie groß das maximal mögliche Gesichtsfeld am Himmel ist.
Die Auflösung:
Das Auflösungsvermögen eines Teleskops ist direkt von der Öffnung abhängig. Je größer die Öffnung des Teleskopes, desto höher ist das Auflösungsvermögen.
Die effektive Auflösung oder praktische Auflösung wird noch von der Bauweise und natürlich von der optischen Qualität beeinflusst. Ein apochromatischer Refraktor kommt der theoretischen Auflösung schon sehr nahe. Ein Spiegelteleskop mit sehr kleinem Fangspiegel ebenfalls.
Effekte, wie der Farbfehler bei Refraktoren oder ein großer Umlenkspiegel bei Spiegelfernrohren reduzieren die effektive Auflösung des Teleskopes.
Die Auflösung am Himmel wird in Bogensekunden ( kurz " ) angegeben. Dieses Maß findet man bei Doppelsternen, Durchmesser von Planetenscheibchen oder Details an Mond oder Planeten. Die effektive Auflösung ist aber auch abhängig vom Objekt. Wenn das Objekt einen hohen Kontrast hat, wie der Schatten eines Jupitermondes auf den Wolken des Jupiter oder der Cassini Teilung des Saturnringes, kann man kleinere Abstände auflösen, als bei flächenhaften Details mit geringem Kontrast.
Das theoretische Auflösungsvermögen verschiedener Teleskopöffnungen mit praktischen Beispielen
Die Beispiele sind eher konservativ und von der Stellung der Planeten zur Erde abhängig. Maßgeblich ist natürlich auch die Ruhe der Luft.
Öffnung theor. Auflösung Objektbeispiele
70mm 1,97 " Granulation auf der Sonne, viele Details der Mondoberfläche
90mm 1,38 " Cassiniteilung der Saturnringe, Uranus als Scheibchen
100mm 1,53 " Neptun kann bei Opposition als Scheibchen identifiziert werden
114mm 1,21 " Strukturen in den Jupiterbändern, Oberflächendetails am Mars
150mm 0,92 " Jupitermonde deutlich als Scheibchen, Details in Saturnringen
200mm 0,69 " Feine Details in den Mondkratern, Strukturen im großen roten Fleck
Wie wichtig ist die Ruhe der Luft?
Die Erdatmosphäre ist wie ein Filter. Egal, welche Auflösung die Optik zulässt, wenn die Luft unruhiger ist, hilft die größte Öffnung nichts. Dann zählen Fernrohreigenschaften, wie Kontrast oder Farbreinheit. Der Regelfall ist eine Luftunruhe zwischen 1" und 3". Wenn die Luft unruhiger ist, ist sinnvolle Planetenbeobachtung nicht möglich. Leider ist die Luft auch nur selten ruhiger, als 1". Allerdings "friert" die Luft oft für kurze Momente ein und dann kann die Auflösung des Teleskopes voll augenützt werden.