Vergrößerung (Optik)
Dieser Artikel behandelt Fernrohre und teilweise Mikroskope. Nebenbedeutungen des Wortes Vergrößerung sind am Ende angeführt.
Die Vergrößerung (engl. magnification) eines Fernrohrs (eines Linsenfernrohrs oder Spiegelteleskops) ist die Verhältniszahl, um welche die im Fernrohr betrachteten Details größer erscheinen als mit freiem Auge.
Ist die Vergrößerung das wichtigste?
Wer an die Teleskope der Astronomen denkt, schließt aus deren Größe, dass sie enorme Vergrößerungen aufweisen. Dies ist jedoch nur ein Aspekt von guter Beobachtung oder scharfer Fotografie bzw. Sensorik.
Wichtiger sind im allgemeinen andere Größen:
Lichtsammel-Vermögen und Linsengüte
Ersteres nimmt fast mit der Fläche der Frontlinse (Objektiv) bzw. des Spiegels (Hauptspiegel) zu - also mit dem Quadrat des Durchmessers, der auch (Öffnung oder Apertur genannt wird.
Außerdem nehmen die Beugungserscheinungen mit 1 / Objektivgröße ab, d.h. die theoretische Trennschärfe wird besser. Bei zu starker Vergrößerung sieht man nur die "Beugungsringe" plus Luftunruhe größer.
Abbildungsqualität: das Linsen- bzw. Spiegelsystem muss so gut geschliffen sein, dass die optische Qualität der Einzelkomponenten zu einander passt. Eine (zu) hohe Vergrößerung bringt nichts, wenn sie allfällige Unschärfen der Optik "mitvergrößert".
Luftqualität, Luftunruhe
Die Luftunruhe verursacht das v.a. im Winter bekannte "Funkeln" der hellen Sterne, die Szintillation. Sie kommt von Turbulenzen in der Luft, die wiederum auf ihre unterschiedliche Erwärmung durch den Boden, die Wetterlage und (geringfügig) die Sternwarte-Kuppel zurückgehen.
Extreme Schlieren in der Luft sieht man über Herdplatten oder Lagerfeuern, doch sind sie am Sternhimmel etwa 1000mal kleiner. Trotzdem erscheinen in der Hälfte der Nächte die Sterne und entfernten Planeten im Fernrohr als "wabernde Flecken". Meist bessert sich die Lage mit fortschreitender Nacht.
Astronomen nennen diesen für sie wichtigen Faktor "Seeing". Im Durchschnitt schwankt die beobachtete Richtung zu einem Stern um 1" bis 3". Ein gutes Fernrohr mit 1" Auflösung (Trennschärfe), das ca.15 cm Apertur haben muss, wird also mit seiner Qualität selten voll ausgenutzt. Ist das Telekop 30cm groß, kann man in Stadtnähe die "idealen Nächte" mit einer Hand abzählen. Für Spiral- und andere Nebel sowie für Kometen spielt das Seeing weniger Rolle.
Im Weltall ist das Seeing ideal - und erst hier ist die durch Beugung definierte Leistungsgrenze von Fernrohren und Kameras erreichbar.
Die Montierung
ist ebenso wichtig wie das Fernrohr - und hier spart der Hobbyastrinom oft am falschen Fleck. Wenn jeder Windhauch das Telekop erzittern lässt, vergeht die Lust an der Sache. Je schwerer das Stativ und die äquatoriale Montierung darauf ist, desto besser.
Beim Feldstecher spielt das o.e. Seeing noch keine Rolle, aber die Unruhe der Hand sehr wohl. Daher sind Vergrößerungen über V = 8 fach nur mit Stativ ausnützbar. Außerdem sinkt mit V das Gesichtsfeld.
Meist ist die Lichtstärke wichtiger als die Vergrößerung. Beim Typ 7x50, den Jäger bevorzugen, ist sie (50/7)² = 50, wogegen der Standard-Feldstecher 8x30 zwar nur die Hälfte kostet, aber in der Nacht nur ein Viertel "hergibt": L = (30/8)² = 14 !!
Vergrößerung und Brennweite
Die anfangs genannte Definition von V variiert mit der Entfernung des Ziels. Nur für große Distanzen ist sie mit folgender Formel überein. Es gibt allerdings noch andere - teilweise schärfere - Definitionen der Vergrößerung (siehe unten).
Als Vergrösserung eines Fernrohrs gilt das Verhältnis von Objektiv- zu Okularbrennweite: V = f(Objektiv) / f(Okular).
Bei näheren Zielen gibt die "Geometrische Optik" exaktere, aber komplizierte Formeln für die Vergrößerung. In sie gehen die Gegenstandsweite und die Bildweite ein.
Vergrößerung und Austrittspupille
Je stärker ein Fernrohr vergrößert, desto stärker "konzentriert" es den "Licht-Zylinder", der durch seine Frontlinse einfällt. Man erhält
- V = Eintrittspupille / Austrittspupille.
Erstere ist die (freie) Öffnung, letztere kann man direkt am Okular messen, wenn das Fernrohr zum blauen Himmel schaut.
Verhältnisse beim Mikroskop
... ... wer Lust hat, bitte ergänzen!
und bei der Lupe
Die Vergrößerung einer Lupe (Vergrößerungsglas) ist nicht so exakt definierbar wie bei optischen Systemen. Daher findet man im Handel auch widersprüchliche Angaben. Meist gilt als V das Verhältnis der scheinbaren Objektgröße (Lupe) zur normalen Objektgröße (aus 25 cm Distanz).
Bei Kurzsichtigen ist der Wert etwas größer als bei Weitsichtigen.
Siehe auch
Beugung, Brechung, Geometrische Optik, Feldstecher, Trennschärfe, Weltraum- bzw. Hubble-Weltraumteleskop, Sensoren