Refraktoren




 

Refraktoren

 

 

Linsenfernrohre oder Refraktoren  sind optische Instrumente, bei dessen Nutzung entfernte Objekte um ein Vielfaches näher oder größer erscheinen. Dies wird durch eine Vergrößerung des Sehwinkels mit Hilfe von Linsen erreicht wobei Prismen und Spiegel dazu dienen, das Bild aufzurichten, oder die Baulänge des Fernrohrs zu vermindern. Die Entwicklung von leistungsfähigen Fernrohren spielte eine wichtige Rolle in der Astronomie - Geschichte.
Vor der Erfindung des Fernrohrs mit Linsenoptik diente der Blick durch ein einfaches Rohr zur Ausblendung von Sreulicht, so dass einzelne Himmelsobjekte deutlicher wahrgenommen werden konnten.
Die ersten Fernrohre verwendeten nur eine Linse als Objektiv, und wiesen deshalb eine starke chromatische (Bildfehler)  Aberration auf. Bei den größten Fernrohren der damaligen Zeit verringerte man diesen Effekt durch längere Brennweiten (46 - 63 Meter bei einer Öffnung von 12 bzw. 22 cm)  welche sich somit aber  nur umständlich handhaben ließen.

Erstmals gelang die Herstellung eines achromatischen Fernrohrs 1733 von Cherster Moor Hall, welcher Objektive aus zwei Linsen unterschiedlicher Gläser, Kronglas und Flintglas dazu verwendete.

Fernrohre bestehen generell aus einer Kombination von Linsen, die von einer mechanischen Konstruktion gehalten werden. Je nach Strahlengang des Lichts durch die optischen Elemente unterscheidet man dabei zwischen Galilei-Fernrohr und Kepler-Fernrohr. Der Strahlengang im Fernrohr kann durch Spiegel gefaltet werden, um trotz der langen Brennweite eine kurze Bauform zu erhalten. Bei Feldstechern und Spektiven (Monokular, welches aufrechte, seitenrichtige Bilder erzeugt) wird das umgedrehte Bild des Kepler-Fernrohrs mittels verschiedener Prisem um 180° gedreht.

Jede optische Linse weist mehr oder weniger starke Farblängs- und Farbquerfehler auf sowohl unterschiedliche Wellenlängen verschieden stark gebrochen werden. Langwelliges rotes Licht wird weniger stark als kurzwelliges blaues Licht gebrochen, weshalb  für jeden Wellenlängenbereich ein eigener Brennpunkt vorliegt. Bei der praktischen Beobachtung und vor allem in der astronomischen Fotographie führt dies zu störenden Farbsäumen. Eine weitere Möglichkeit der Minimierung besteht in der Kombination von Glaslinsen mit unterschiedlichem Brechungsindex. Eine in kurzem Abstand hintereinander gestellte Gruppe von zwei Linsen wird Achromat genannt bei drei oder mehr Linsen spricht man von Apochromaten.

Die Vergrößerung  eines Fernrohrs ist durch das Verhältnis der Brennweiten von Objektiv und Okular gegeben;  je kürzer die Brennweite des verwendeten Okulars, desto stärker ist die resultierende Vergrößerung. Die Größe der Austrittspupille (Durchmesser des Strahlenbündels welches das Okular verlässt) ergibt sich aus dem Objektivdurchmesser geteilt durch die Vergrößerung. Fernrohre, die nur ein Objektiv haben, erzeugen kein stereoscopisches (räumlicher Eindruck von Tiefe) Bild. Außerdem sind die Beobachtungsobjekte meist so weit entfernt, dass die Strahlengänge des Lichts nahezu parallel verlaufen. Das Fernrohr verwandelt in diesem Fall einfallende, fast parallele Strahlen in austretende Parallelstrahlen, verändert zuvor aber den Winkel und die Dichte dieser Strahlen. Die Veränderung des Winkels bewirkt die Vergrößerung und die größere Dichte der Strahlen vergrößert die Helligkeit des Bildes. Bei flächenhaften Beobachtungsobjekten kann die Helligkeit des Bildes jedoch nicht größer sein als die Helligkeit des Objektes. Bei der fotografischen Nutzung hat das Fernrohr die Funktion eines sehr langbrennweitigen Objektivs wobei wegen der Beugung des Lichtes das Auflösungsvermögen des Fernrohrs durch den Durchmesser des Objektivs begrenzt ist.

Vor allem im Winter und bei bestimmten Wetterlagen ist deutlich ein Szintillation genanntes Funkeln der Sterne zu sehen. Dieses wird durch in sich rotierenden Konvektionszellen (thermische Konvektion ist eine Ortsveränderung von leichtbeweglichen flüssigen oder gasförmigen Teilchen, die gespeicherte Wärme mit sich führen) hervorgerufen, die durch den Wärmeübergang zwischen kälteren und wärmeren Luftschichten entstehen. Oft erscheinen die Sterne und Planeten  in Fernrohren als „wabernde Flecken“; bei fotografischen Aufnahmen verlieren sie deshalb auch bei sehr brennweitigen System an Auflösung.

Die Faltrefraktoren sind eine Sonderform des Fernrohrs. Der Strahlengang wird meist über einen oder zwei Planspiegel umgelenkt. Das Fernrohr wird quasi gefaltet. Die diversen Faltvarianten werden dabei nach ihren Konstrukteuren oder nach dem äußeren Erscheinungsbild des Fernrohrs benannt. So erinnert der Fagott-Refraktor (einfache Faltung) an die geknickte Bauweise des gleichnamigen Musikinstrumentes und der Newton-Refraktor (zweifache Faltung) wegen seines Okulareinblicks an das Newton- Prinzip. Der Schaer-Refraktor ist zweifach gefaltet und nach seinem Konstrukteur benannt.

Auch beim Coudé-Refraktor wird der Strahlengang durch zwei Planspiegel oder Prismen gefaltet. Diese lenken das Licht durch die Montierung zu einem ortsfesten Fokus. Der Vorteil dieser Bauart ist die Beobachtung von einem festen Platz aus während sich das in der Regel relativ baulange Fernrohr unabhängig davon bewegt. Nachteil ist die beim Schwenken oder des  bloßen Nachführes des Fernrohrs verursachte Bilddrehung, so dass astronomische Fotografie nur mit kurzen Verschlusszeiten möglich ist oder Derotatoren eingebaut werden müssen. Da der Strahlengang üblicherweise durch eine Achse der Montierung geführt wird, sind meistens nur relativ große Instrumente ab ca. 8 Zoll Öffnung aufwärts als Coudé-Refraktoren ausgeführt. Das Coudé-System findet auch bei Spiegelteleskopen Anwendung.

 

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