Das Linsenfernrohr (Refraktor) 

Beim Refraktor entsteht das Bild durch Brechung (Refraktion) an der Objektivlinse. Die Lichtbrechung ist wellenlängenabhängig, blaues Licht wird stärker als rotes gebrochen.

       
 

Refraktor mit Strahlengang: Das Objektiv bildet das Objekt als umgekehrtes, seitenverkehrtes Zwischenbild ab, welches mit dem Okular (Lupe) betrachtet wird. Mit dem Okularauszug wird der richtige Abstand des Okulars vom Zwischenbild eingestellt (es wird scharf gestellt). Der Tubus verbindet Optik und Mechanik und definiert den Abstand zwischen Objektiv und Okularauszug. Die Taukappe dient dazu, das Niederschlagen von Feuchtigkeit auf dem Objektiv zu vermeiden. Durch die Taukappe kann das Objektiv nur in einem kleinen Raumwinkel seine Wärme abstrahlen, es kühlt nicht so schnell ab und bleibt länger wärmer als die Umgebung, Feuchtigkeit kann auf dem wärmeren Objektiv nicht kondensieren und die Bildqualität verschlechtern.
Das Blendensystem vermeidet den Einfall von Streu- und Fremdlicht ins Okular.

       
  Refraktor        
 

Astronomisches – oder Keplersches Fernrohr
Die Vergrößerung ist das Verhältnis Objektiv-Brennweite / Okular-Brennweite

         
 

Daher liegen die Bildebenen der verschiedenen Farben nicht zusammen und als Ergebnis sieht der Beobachter Farbsäume um die Objekte.
Um diesen Fehler aufzuheben, werden Linsen mit verschiedenen Brechungseigenschaften zusammen eingesetzt. In der Astronomie muß die Optik beugungsbegrenzt sein, d.h. die Optik ist nur durch das Naturgesetz der Beugung limitiert. Dies bedeutet, dass die optischen Komponenten das Höchstmaß an Perfektion aufweisen müssen. Deshalb ist man bestrebt, nur wenige optische Elemente einzusetzen.

       

Beim Refraktor bedeutet dies, dass man mit 2 Linsen eine möglichst gute Farbkorrektur anstrebt. Dieses Konzept wird Achromat genannt und man kann die Bilder zweier Farben miteinander vereinigen, z.B. Gelb und Grün.
Die Schwäche des Achromaten liegt in der ungenügende Farbkorrektur, insbesondere im blauen und roten Spektralbereich. Außerdem sollten die Brechkräfte bei Refraktoren klein sein, damit der prinzipielle Farbfehler ebenfalls klein bleibt. So ist für einen guten Achromaten das Verhältnis von Brennweite zu Öffnung 15:1. Das bedeutet, dass ein Refraktor mit 15 cm Öffnung eine Brennweite von 225 cm besitzt. Damit wird deutlich, dass beim klassischen Achromat die Rohrlänge sehr groß ist und das Gerät eine sehr stabile und teure Montierung braucht. Stabile Montierungen sind schwer und damit ist dem guten achromatischen Refraktor hauptsächlich der stationäre Betrieb vorbehalten.
Da der Tubus geschlossen ist, und bei Objekten nahe dem Zenit die Objektivlinse sich mehrere Meter über dem Boden befindet, sind die Störungen durch Luftunruhe bei den Refraktoren bei weitem geringer als bei den Spiegelteleskopen.
Somit lassen sich die Vorzüge der klassischen Refraktoren wie folgt auflisten:

  • Kein Tubus-seeing (geschlossener Tubus, keine Bildunschärfe durch Luftbewegung, die Brechungsindex-Variationen erzeugt)
  • Kein Boden-Seeing
  • Hohe Auflösung, da sich kein störender Fangspiegel im Strahlengang befindet

Nachteile

  • Teuer
  • Aufwendige, schwere Montierung, da langer Tubus
  • Teure Okulare: für große Gesichtsfelder sind langbrennweitige Okulare mit großen Feldlinsen notwendig
  • Schlechte Transportabilität durch langen und schweren Aufbau

Konsequenter Weise liegen bevorzugte Einsatzbereiche des Refraktors

  • Mond-und Planetenbeobachtung
  • Doppelsterne
  • Kugelsternhaufen oder Objekte mit hoher Leuchtdichte und geringer Ausdehnung

Der Apochromat
Wie schon erwähnt, wird bei den klassischen Achromaten die Farbkorrektur bei Öffnungsverhältnissen unter 1:15 schlecht.
Damit die Refraktoren von der Handhabung besser für den Amateurbereich geeignet sind, sollten die Baulängen kürzer sein und das Öffnungsverhältnis zwischen 1:5 und 1:8 liegen.
Bei diesen hohen Öffnungsverhältnissen muss mehr Aufwand bei der Farbkorrektur getrieben werden. Es kommen daher dreilinsige Objektive oder solche mit zwei Linsen aus Sondergläsern zum Einsatz.

Durch das hohe Öffnungsverhältnis von F5 – F8 liegt Lichtstärke (Öffnungverhältnis²) und durch die kleine Brennweite das nutzbare Gesichtsfeld vergleichbar mit denen von Spiegelfernrohren.
Außerdem lassen sich somit Astrographen mit großen Gesichtsfeldern realisieren.

Beim Kauf eines apochromatischen Refraktors ist es wichtig, zu wissen, dass die Ausführung die Qualität bestimmt und damit sind immer Kosten verbunden.
Deshalb sind die Apo-Refraktoren von LOSZ, Takahashi, TEC und Televue deutlich teurer als asiatische Billigprodukte aber auch deutlich besser.

 
   
 

Auf der Sternwarte Eberfing kam bis März 2009 ein 200 mm Refraktor zum Einsatz. Das Objektiv war ein Zeiss AS-Objektiv mit 3000 mm Brennweite und durch Verwendung eines Spezialglases ist der Farbfehler um den Faktor 2 besser als beim klassischen Frauenhofer-Refraktor.
Trotz hoher Qualität waren noch Farbsäume um Mondformationen, der Venus sowie um helle Sterne zu sehen.
Ab September 2009 ist ein ZEISS B-Objektiv von 1922 im Einsatz. Es hat 180 mm Durchmesser und 3310 mm Brennweite. Das Öffnungsverhältnis von 18.4 ist die Grundlage einer außerordentlich guten Farbkorrektur, die typischerweise um den Faktor 5 besser ist als bei heute verfügbaren Apochromaten.

   
 

Näheres über die Geschichte und Technik der Refraktoren finden sie hier.