Das Spiegelfernrohr (Reflektor)

Hier wird das Bild durch Reflexion an Spiegeln erzeugt. Da die Reflexion nicht wellenlängenabhängig ist, entsteht ein Farbfehler freies Bild.

                   

Bild eines Spiegelfernrohrs vom Typ Cassegrain und dem dazugehörigen Strahlengang, welches in der Sternwarte Eberfing installiert wird.  

Strahlengang eines Cassegrain-Spiegels:  
Das Licht des Objektes fällt auf den Hauptspiegel (parabolisch geschliffen) und wird zum Fangspiegel  (konvex-hyperbolisch) reflektiert. Durch die Durchbohrung im Hauptspiegel lenkt der Fangspiegel das Licht zum Okularauszug, wo das Zwischenbild entsteht, das mit einer Lupe, dem Okular, betrachtet wird. Das Blendensystem von Haup- und Fangspiegel dient zur Ausschaltung von Streu- und Fremdlicht.

Die verschiedenen Spielteleskoptypen wie Newton, Cassegrain oder Schiefspiegler, haben bedingt durch ihre Bauweise, besondere Einsatzgebiete.

           

Newton-Teleskop

           
Vorteile

Nachteile

  • Bei großen Teleskopen große Höhe des Einblicks bei zenitnahen Objekten
  • Boden-seeing (Spiegel erwärmt die Luft im Tubus, die aufsteigt und Luftunruhe verursacht), da der Spiegel sich nahe am Boden erwärmt.  

Die bevorzugten Einsatzgebiete sind Exkursionen, weil die Geräte, insbesondere der Dobson, einfach aufzubauen sind. Sie sind gut geeignet für die Beobachtung von Nebeln,  Sternhaufen, Galaxien und andere Deepsky-Objekte.
Planeten sollten bei einem Newton-Spiegel mit einer Obstruktion (Abschattung durch den Fangspiegel)  unter 20% beobachtet werden.

           

Cassegrain-Teleskop

           


Vorteile

  • Boden-seeing gering weil sich der Hauptspiegel (Primärspiegel) höher über dem Boden befindet
  • Einblick für zenitnahe Objekte günstig tief
  • Optik für Nasmyth-Fokfokus ist verfügbar

Nachteile

  • Nicht so lichtstark wie ein Newton-Teleskop, denn bei einem Öffnungsverhältnis von 1:15 sind große Okulare erforderlich weil beim   notwendig, um große Gesichtsfelder zu erhalten.
  • Die Obstruktion beträgt typischerweise 30 bis 40% und bedeutet somit Kontrastreduktion für Strukturen in der Größenordnung von 1 Bogensekunde, was bei Planetenbeobachtung kritisch ist.
  • Schwierig zu justieren

Planetenbeobachtung ist günstig mit einem Öffnungsverhältnis von 1:10 bis 1:20
Bei der Verwendung des Cassegrain zur Phtographie kann im Primärfokus (anstelle des Fangspiegels) eine Kamera und ein Korrektor angebracht werden. Dann kommen Öffnungsverhältnisse von 1:2 bis 1:4 zum Einsatz.

           

Schmidt-Cassegrain

           


Im Prinzip kompaktes Teleskop mit relativ großer Öffnung und Öffnungsverhältnissen um 1:10 ist er ein guter Allrounder.
Vorteile

  • Preiswert
  • Geschlossener Tubus, kein verstauben des Spiegels
  • Kompakte Bauform, deswegen leicht zu transportieren

            Nachteile der handelsüblichen Geräte

  • In der Praxis sind die Ausführungen mangelhaft.
  • Billige und schlechte optische Komponenten, insbesondere des Primärspiegels (er hat z.T. ein Öffnungsverhältnis von 1:2) und der Schmidtplatte.
  • Justage-Möglichkeiten sind eingeschränkt, da der Hauptspiegel nicht gekippt werden kann, sondern nur achsial verschoben wird (wie bei Celestron http://www.fernrohrmarkt.de/index.php?cat=c4450_Celestron.html oder Mead)
  • Üblicherweise 40% Obstruktion, damit hoher Kontrastverlust.
  • Keine Taukappe
  • >> mit viel, viel Glück bekommt man ein noch brauchbares Teleskop, das in der Fertigungstoleranze am oberen Ende liegt.
           

Maksutow-Teleskop

         


Mit einem Öffnungsverhältnis von 1:10 bis 1:15
Heute nur aus russischer Fertigung (Intess http://www.fernrohrmarkt.de/index.php?cat=c4710_Maksutov.html.), die ein hohes optisches Qualitätsniveau aufweist. Die Justage ist komplex, aber vollständig möglich. Das Teleskop hat ein relativ hohes Gewicht, da die Meniskuslinse dick und schwer ist.
Das Einsatzgebiet des Maksutow-Teleskops ist ähnlich dem eines Cassegrain-Teleskops.

           

Schiefspiegler

           

Dieser Teleskoptyp ist speziell für die Planeten- und Mondbeobachtung optimiert. Als Spiegelsystem ist er Farbfehler frei und gleichzeitig auch ohne Obstruktion. Das Konzept bedingt ein niedriges Öffnungsverhältnis von 1:20 bis 1:30.
Vorteile
Hoher Kontrast durch das Fehlen von Farbfehler und Obstruktion

  • Trotz der lange Bauweise liegt der Schwerpunkt nahe der Deklinationsachse und ermöglicht so leichtere und weniger teure Montierungen im Vergleich zum Refraktor.

Nachteile

  • Tubus-seeing
  • Gekippte Bildebene (problematisch bei der Fotografie)  
  • Kleines korrigiertes Gesichtsfeld
           
dobson Celestron  Schiefspiegler Intes          
Newton Dobson   Schmidt-Cassegrain von Celestron   Schiefspiegler   Maksutow-Newton von Intes  
             

Die wichtigsten Spiegelfernrohr–Typen sollen nun im Folgenden beschrieben werden.

   

Das Newton-Teleskop

Im Jahre 1672 konstruierte Isaac Newton ein erstes Exemplar des nach ihm benannten Typs.
Dieser Fernrohrtyp ist am meisten verbreitet und besteht aus einem parabolischen Hauptspiegel und einem ebenen Umlenkspiegel. Zur visuellen Beobachtung ist eine Abschattung des Fangspiegels unter 20% des Hauptspiegeldurchmessers anzustreben, um möglichst wenig Kontrastverlust zu haben. Das ist besonders bei einem visuell optimierten Newton-Teleskop zur Planetenbeobachtung von Bedeutung.
Der Hauptspiegel muss der jeweiligen Umgebungstemperatur angepasst sein, damit keine Luftturbulenzen im Fernrohrtubus entstehen. Besonders bei hohen Vergrößerungen ist ein ruhiges Bild nötig und warme (aufsteigende) Luft beeinflusst eben die Bildqualität. Ein dünner Spiegel kühlt schneller ab als ein Spiegel mit viel Masse. Allerdings ist bei dünnen Spiegeln eine aufwendigere Lagerung (9-Punkt statt 3-Punkt) erforderlich. Um einen möglichst ungehinderten Luftaustausch zu ermöglichen ist es günstig, wenn der Tubus hinten offen ist. Auch Lüfter wurden schon angebaut, um einen noch schnelleren Temperaturausgleich zu erreichen.

   
             
             

Der Schmidt-Cassegrain

Diese kompakt gehaltenen Teleskope sind weit verbreitet. Durch die Massenfertigung sind sie relativ günstig im Preis. In der Regel haben sie ein Öffnungsverhältnis von f/10. Der Strahlengang ist der eines Cassegrain-Spiegels mit einer Besonderheit.
Der Fangspiegel ist in der Mitte einer dünnen Glasscheibe (Schmidt-Platte) mittels einer Spiegelfassung als separates optisches Glied angebracht. Die Aufgabe dieser Korrektionsplatte ist es, die sphärische Aberration des Hauptspiegels zu beheben und die Koma des Gesamtsystems zu minimieren. Wegen der Verwendung von Spiegeln und  Linsen in einem Fernrohr, spricht man von einem katadioptrischen System. 
Dadurch, dass der Hauptspiegel einen großen Verstellweg hat, kann so ziemlich jedes Zubehörteil (z.B. Binoansatz) angeschlossen werden. Da über den Hauptspiegel fokussiert wird und dieser dabei leicht kippt, macht sich dies durch ein mehr oder weniger ausgeprägten Bildversatz bemerkbar. Durch die Schmidtplatte ist das Teleskop vorne geschlossen und es kann kein Staub in Innere gelangen. Das geschlossene System hat aber leider auch den Nachteil, dass ein Auskühlen relativ lange dauert. So lange kein Temperaturausgleich im Teleskopinnern geschaffen ist, strömt warme Luft im Tubus nach oben, kühlt an der dünnen Schmidtplatte ab und strömt wieder nach unten. Durch diese Luftverwirbelungen ergibt sich vor allem bei hoher Vergrößerung ein schlechteres Bild. Ein weiterer Nachteil für die visuelle Beobachtung ist die Abschattung des Fangspiegels mit knapp 40% des Spiegeldurchmessers, das einen gewissen Verlust des Kontrastes verursacht. Es ist eine Taukappe anzuraten, da die Schmidtplatte doch sehr tauempfindlich ist. Da durch diese Konstruktionen der Sekundärspiegel durch die Glasplatte gehalten wird und auf Streben verzichtet werden kann, sind an hellen Sternen keine "Spikes" sichtbar.
Dieses System findet oft Verwendung in Amateurgeräten mit kurzer Baulänge. (zum Beispiel bei Celestron oder Mead)

           
 
             

Der Gregory-Spiegel

Es ist ähnlich wie das Cassegrain-System aufgebaut, nur dass der Umlenkspiegel konkav geschliffen, und etwas weiter noch vorne gelegt ist. Die Bildfeldwölbung ist relativ hoch, die Bauweise im Vergleich zum Cassegrain recht lang. Der Vorteil des Gregory Systems im Vergleich zum Cassegrain liegt in seinem konkaven Sekundärspiegel, der deutlich einfacher herzustellen ist.  

 
 

Um größere Gesichtsfelder für die Fotografie zu erhalten

Hypergraph

Ein Hypergraph-Teleskop ist ein Spielteleskop,  das ähnlich aufgebaut ist wie ein Cassegrain-Typ (parabolischer Primärspiegel, hyperbolischer Sekundärspiegel). Um die optische Qualität für die Fotografie zu erhöhen, wird beim Hypergraph wie beim Ritchey-Chrétien-Cassegrain-Teleskop (RC-Teleskop) in den Strahlengang an die Stelle des Fangspiegels (im Primärfokus) ein System von Korrektur-Linsen eingefügt, der so genannte Korrektor, zusammen mit einer Fotokamera.

Ritchey-Chrétien-Cassegrain-Teleskop (RC-Teleskop)

Das Ritchey-Chrétien-Cassegrain-Teleskop (auch RC-Teleskop genannt) ist ein Spielteleskop, dessen Bauform der des klassischen Cassegrain-Systems sehr ähnelt.
Das Ritchey-Chrétien-System wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von George Willis Ritchey und Henry Chrétien entwickelt.
Es werden nur zwei Spiegel verwendet, deren spezielle Form jedoch dafür sorgt, dass ohne einen Korrektor, wie Schmidtplatte, Meniskuslinse oder eine andere Linse, eine komafreie Abbildung erreicht wird. Die beiden Spiegel haben Oberflächenkurven höherer Ordnung und sind dadurch problematisch bei Herstellung und Justage. Da allerdings das Bildfeld nicht eben ist, wird bei der fotografischen Verwendung großer Ritchey-Chrétien-Cassegrain-Teleskope dicht vor den Fokus ein Linsensystem gesetzt, das dieses Problem behebt.
Bekannte Ritchey-Chrétien-Teleskope sind zum Beispiel das Hubble Weltraumteleskop und das Very Large Telescope (VLT) desParanal-Observatoriums in Chile. Ab etwa 1980 wurden  fast alle Großteleskope als Ritchey-Chrétien-Systeme ausgelegt.  

Der Schiefspiegler

Durch die Anordnung der Spiegel ist keine Abschattung durch einen Fangspiegel vorhanden und ist deshalb wie ein Refraktor obstruktionsfrei. Wie die anderen Spiegelteleskope ist auch der Schiefspiegler ohne Farbfehler. Das Öffnungsverhältnis liegt üblicherweise bei f/20 und daher wird er in erster Linie zur Beobachtung heller Objekte wie Sonne, Mond und Planeten verwendet.

Strahlengänge optimiert, um schwere Messeinrichtungen ortsfest aufzustellen

Der Coudé-Fokus

Dieses aufwendige System, bei dem der Strahlengang in die Polachse ausgespielt wird, findet an Großteleskopen Verwendung. Die Polachse steht fest, sie ist auf den Himmelspol ausgerichtet. Hier können schwere Geräte, wie ein Spektrometer, eingesetzt werden.

 
       
         

Der Nasmyth-Fokus

Das Nasmyth-Teleskop ist ein von James Nasmyth (1808–1890) entwickeltes Spiegelteleskop. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus Newton- und Cassegrain-Teleskop. Hier wird der Strahlengang nicht wie beim Coudé-Fokus zur Polachse, sondern zur Deklinationsachse ausgespiegelt.
Es befindet sich beim Nasmyth-Teleskop kein Loch im Hauptspiegel, durch den das Licht austritt, sondern es wird vorher durch einen zur Mittelachse um 45° geneigten Planspiegel (Tertiärspiegel) rechtwinklig in die Deklinationsachse abgelenkt und tritt wie beim Newton-Spiegel seitlich aus (Nasmythfokus), optisch ist er identisch mit dem Cassegrainfokus.
Bei einer azimutalen Montierung (eine Achse senkrecht, die andere horizontal) liegt der Fokuspunkt an der Höhenachse und ist somit unabhängig von der Teleskopneigung. Deshalb kann dort eine feste Plattform für Beobachter oder schwere Analysegeräte gebaut werden.

       
                           
                       

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