Fernrohr

Ein Fernrohr ist ein optisches afokales Linsensystem, mit dem man entfernte Gegenstände unter einem größeren Sehwinkel als mit dem bloßen Auge und dadurch scheinbar näher sieht.

Wie jedes Gerät, mit dem das Auge direkt beobachten soll, erzeugt das Fernrohr parallele Lichtstrahlen, die vom entspannten Auge auf der Netzhaut gesammelt werden. Da Fernrohre für die Beobachtung entfernter Objekte bestimmt sind, sind auch die einfallenden Strahlen zueinander parallel (oder fast parallel). Ein Fernrohr wandelt also einfallende Parallelstrahlen in ausfallende Parallelstrahlen, verändert also höchstens den Winkel und die Dichte dieser Strahlen. Die Veränderung des Winkels bewirkt die Vergrößerung. Die größere Dichte der Strahlen vergrößert die Helligkeit des Bildes.

Fernrohrarten

Astronomische Fernrohre

In der Astronomie benutzt man

• Linsenfernrohre (auch als Refraktoren bezeichnet) und
• Spiegelteleskope (auch als Reflektoren bezeichnet).

Terrestrische Fernrohre

Für terrestrische Beobachtungen (z.B. Militär und Ornithologie) verwendet man

• Ferngläser. Man versteht darunter kompakte Linsenfernrohre kürzerer Brennweite mit Prismen-Systemen, die ein aufrechtes und seitenrichtiges Bild liefern. Ein solches Fernglas hat meist für jedes Auge einen separaten Strahlengang (Objektiv, Prismensystem und Okular).
• Spektive. Kompakte und robuste Fernrohre zur einäugigen (monokularen) Beobachtung; Objektivdurchmesser von 50 bis 100 mm.

Linsenfernrohre und Spiegelteleskope

Linsenfernrohre und Spiegelteleskope können visuell oder auch fotografisch genutzt werden.

• Bei der visuellen Nutzung des Fernrohrs dient das Auge als Empfänger. Ein stereoskopisches Bild kann mit einem Fernrohr nicht erzeugt werden, weil Fernrohre (außer den Ferngläsern) nur ein Objektiv haben. In der Astronomie sind die Beobachtungsobjekte dafür auch zu weit entfernt, die Strahlengänge des Lichts verlaufen nahezu parallel. Allerdings werden binokulare Ansätze für das beidäugige Sehen verwendet. Diese sollen ein entspannteres Sehen ermöglichen. Allerdings muss dafür der Strahlengang aufgespaltet werden, was wiederum die Helligkeit des Bildes verringert.
• Bei der fotografischen Nutzung hat das Fernrohr die Funktion eines sehr langbrennweitigen Objektivs.

Wegen ihrer großen Brennweite und wegen ihres Gewichtes werden große Linsenfernrohre und Spiegelteleskope von Montierungen gehalten und bewegt.

Vergrößerung

Auch das Verhältnis von Eintritts- zur Austrittspupille des Fernrohrs und das Verhältnis von Brennweite des Objektivs zu der des Okulars geben die Vergrößerung an. Das heißt, ein Fernrohr mit auswechselbaren Okularen, wie es in der Astronomie üblich ist, hat keine feste Vergrößerung. Je kleiner die Brennweite des verwendeten Okulars ist, desto stärker ist die resultierende Vergrößerung. Wegen verschiedener Faktoren ist eine übertrieben starke Vergrößerung sinnlos.

Störgrößen

Beugung

Wegen der Beugung des Lichtes ist das Auflösungsvermögen des Fernrohrs durch den Durchmesser des Objektivs begrenzt. Die Vergrößerung, welche das Auflösungsvermögen des Fernrohrs der des menschlichen Auges optimal anpasst wird als nützliche Vergrößerung bezeichnet. Diese ist zahlenmäßig etwa so groß, wie die Apertur (Öffnung) des Fernrohrobjektivs in Millimetern. Bei einer stärkeren Vergrößerung erscheinen Sterne nicht als Punkte, sondern als konzentrische Kreise (Beugungsringe).

Qualität der Optik

Neben vermeidbaren Fertigungsfehlern hat jedes optische System systembedingt Abbildungsfehler.

Luftunruhe

Vom Boden aufsteigende erwärmte Luft aber auch ungenügend temperierte Sternwarten-Kuppeln verursachen störende Schlieren.

Vor allem im Winter und bei bestimmten Wetterlagen ist deutlich ein Szintillation genanntes Funkeln der Sterne zu sehen. Dieses wird durch in sich rotierende Konvektionszellen hervorgerufen, die durch den Wärmeaustausch zwischen kälteren und wärmeren Luftschichten entstehen. Oft erscheinen die Sterne und Planeten im Fernrohr als "wabernde Flecken". Meist bessert sich die Lage mit fortschreitender Nacht.

Astronomen nennen diesen für sie wichtigen Faktor "Seeing". Die Position eines Sterns kann durch ein schlechtes Seeing um 1" bis 3" schwanken. Ein gutes Fernrohr mit einem Auflösungsvermögen von 1", das etwa 150 mm Apertur haben muss, wird also mit seiner Qualität selten voll ausgenutzt. Bei der Beobachtung flächenhafter Objekte, wie Nebeln oder Kometen, ist das Seeing weniger von Bedeutung.

Im Weltall ist das Seeing ideal. Erst dort ist die durch Beugung bedingte Leistungsgrenze astronomischer Geräte erreichbar. Bei neuen großen erdgebundenen Teleskopen wird die Szintillation durch adaptive Optik kompensiert.

Stabilität der Fernrohraufstellung

Die Montierung, mit das Fernrohr gehalten und bewegt wird, begrenzt ebenfalls eine sehr starke Vergrößerung. Jede zu starke Schwingung in der Montierung macht sich als Zittern des Beobachtungsobjektes im Gesichtsfeld des Okulars bemerkbar. Die Montierung sollte also möglichst steif und schwingungsarm sein. Bei oft nur mit der Hand gehaltenen Feldstechern, werden meist nur Okulare fest eingebaut, die geringere Vergrößerungen zulassen. Bei diesen Instrumenten wird ein größerer Wert auf die Lichtstärke gelegt. Ein festes Stativ ist aber auch hier von Vorteil.

Siehe auch: Sonnenbeobachtung, Fernrohr (Sternbild), Teleskop, Mikroskop