Aufbau und Wirkungsweise eines astronomischen
Fernrohrs
Astronomische Fernrohre (Bild 1) werden auch als keplersche
Fernrohre bezeichnet, weil ihr Aufbau auf den berühmten Astronomen
JOHANNES KEPLER (1571-1630) zurückgeht.
Den Aufbau und den Strahlenverlauf bei einem solchen astronomischen Fernrohr
zeigt Bild 2. Ein astronomisches Fernrohr besteht aus einem dem Gegenstand
(Sternen, Planeten, Kometen) zugewandten Objektiv
und einem Okular,
durch das das Bild des Gegenstandes betrachtet wird. Bei einem keplerschen
Fernrohr bestehen Objektiv und Okular aus Linsensystemen, die insgesamt
wie Sammellinsen wirken.
Durch das Objektiv entsteht von einem weit entfernten Gegenstand in Bild,
das man auch als Zwischenbild
bezeichnet. Es ist ein verkleinertes, umgekehrtes, seitenvertauschtes
und reelles Zwischenbild.
Das Okular ist so angeordnet, dass sich dieses Zwischenbild innerhalb
der einfachen Brennweite dieses Linsensystems befindet. Das Okular wirkt
somit wie eine Lupe und erzeugt von dem Zwischenbild ein vergrößertes,
aufrechtes, seitenrichtiges und virtuelles Bild.
Damit sieht man in einem astronomischen (keplerschen) Fernrohr insgesamt
ein verkleinertes, umgekehrtes, seitenvertauschtes und virtuelles Bild
des Gegenstandes.
Dass das Bild umgekehrt und seitenvertauscht ist, spielt für astronomische
Beobachtungen keine Rolle. Man muss das aber beachten, wenn man z. B.
mit einem solchen Fernrohr bestimmte Stellen der Mondoberfläche betrachten
will. Für irdische Beobachtungen ist ein solches Fernrohr wegen des
umgekehrten und seitenvertauschten Bildes nicht geeignet.
Betrachtet man den Mittelpunktsstrahl, der vom Gegenstand durch das Objektiv
fällt, so fällt dieser unter dem Winkel 
in das Fernrohr und verlässt dieses unter dem Winkel 
.
Dieser Sachverhalt ist in Bild 3 dargestellt. Da die Bildweite des Objektivs
für einen unendlich weit entfernten Gegenstand die Brennweite 
des
Objektivs und die Gegenstandsweite des Okulars bei maximaler Vergrößerung
der Lupe 
ist,
ergibt sich:
,
also 
Betrachtet man die Netzhautbilder, die bei einem Sehwinkel
bzw. entstehen
(Bild 4), dann ist deren Größe gerade vom Tangens des Winkels
bestimmt. Somit gilt:
Die Vergrößerung des Netzhautbildes
durch ein astronomisches Fernrohr beträgt 
Auflösungsvermögen des Fernrohrs
Beim Fernrohr wird wie beim Auge das Auflösungsvermögen vom
Objektivdurchmesser bestimmt. Es ist umso größer, je größer
der Objektivdurchmesser ist. Deshalb baut man Fernrohre mit möglichst
großen Objektivdurchmessern. Trotzdem kann man auf der Erde durch
die Dichteschwankungen der Atmosphäre das theoretische maximale Auflösungsvermögen
der größten Teleskope nicht erreichen. Deshalb hat man inzwischen
mit dem HUBBLE-Weltraumteleskop
ein Teleskop außerhalb der Erde in Stellung gebracht, dessen Auflösungsvermögen
nur vom Durchmesser des Objektivs begrenzt wird.
Das galileische Fernrohr
Beim galileischen Fernrohr - man nennt es auch holländisches
Fernrohr - wird die Lupe durch eine Zerstreuungslinse ersetzt (Bild
5). Ihre dem Auge zugewandte Brennebene fällt mit der Brennebene
des Objektivs zusammen. Das vom Objektiv gebündelte Licht wird durch
die Zerstreuungslinse zu einem parallelen Lichtbündel gebrochen und
verlässt das Okular unter einem größeren Winkel. Dadurch
erhält man ein größeres Netzhautbild. Der Vorteil dieses
Fernrohrs ist die geringere Baulänge und ein aufrechtes seitenrichtiges
Bild. Deshalb wurde es vor allem von Seefahrern für die Beobachtung
auf der Erde verwendet.
Das Spiegelteleskop nach NEWTON
Da in der Astronomie die zu beobachtenden Objekte oft sehr lichtschwach
sind, benötigt man große Objektivöffnungen. Dazu verwendet
man statt einer Linse einen Hohlspiegel als Objektiv (Bild 6). Das Zwischenbild
liegt vor dem Hohlspiegel und wird mit einem Spiegel zur Seite reflektiert,
wo es mit einer Lupe betrachtet werden kann. Durch diese Bauart sind wesentlich
größere Fernrohre möglich, weil bei Linsenfernrohren,
das Gewicht und die Dispersion der riesigen Linse große Probleme
verursachen würde. Der Aufbau eines solchen Spiegelteleskops geht
auf ISAAC NEWTON (1643-1727) zurück. Es wird deshalb auch als newtonsches
Spiegelteleskop bezeichnet.
Aufbau und Wirkungsweise eines Fernglases
Ferngläser für die Beobachtung von Gegenständen unserer
Umgebung werden auch als Feldstecher
bezeichnet (Bild 7). Sie bestehen wie ein astronomisches Fernrohr aus
Objektiv und Okular und sind in der Regel für das Sehen mit beiden
Augen ausgelegt.
Im Unterschied zum astronomischen Fernrohr soll aber beim Fernglas ein
aufrechtes Bild entstehen. Das kann man in unterschiedlicher Weise erreichen:
- In das Fernglas wird ein Umkehrprisma eingebaut, durch welches das Bild umgekehrt wird. Damit sieht man ein aufrechtes und seitenrichtiges Bild der Gegenstände. Solche Ferngläser bezeichnet man auch als Prismenfeldstecher.
- In das Fernglas wird zwischen Objektiv und Okular eine zusätzliche Linse eingebaut. Diese Linse wirkt als Umkehrlinse, sorgt also dafür, dass aus dem umgekehrten und seitenvertauschten Bild ein aufrechtes und seitenrichtiges Bild wird.
- Als Okular wird eine Zerstreuungslinse genutzt. Ein solches Fernglas bezeichnet man als holländisches oder als galileisches Fernglas. Wegen ihrer kurzen Baulänge werden solche Ferngläser als Theatergläser genutzt.
Die Vergrößerung von Ferngläsern beträgt meist zwischen
6 und 20. Es gibt auch Ferngläser, bei denen man eine unterschiedliche
Vergrößerung einstellen kann. Auf Ferngläsern findet man
meist Angaben wie z. B. 8 x 30 (siehe Bild 7) oder 12 x 60. Das bedeutet:
Das Fernglas hat eine 8fache bzw. eine 12fache Vergrößerung.
Der Durchmesser des Objektivs beträgt 30 mm bzw. 60 mm. Je größer
dieser Durchmesser ist, umso lichtstärker ist das Fernglas. Deshalb
wählt man bei sogenannten Nachtsichtferngläsern
möglichst große Objektivdurchmesser. Sie dürfen nicht
mit Nachtsichtgeräten
verwechselt werden, bei denen elektronisch eine Verstärkung von Restlicht
erfolgt.