Das Linsenteleskop

Das Linsenteleskop oder der Refraktor ist dass in seinem Aufbau einfachste Teleskop und wurde bereits 1609 von Galileo Galilei zur Beobachtung am Sternenhimmel verwendet.

Stark vereinfacht gesprochen besteht das Linsenfernrohr aus zwei Sammellinsen, aus einer zum Objektiv gerichteten größeren Objektivlinse und einer zum Auge (lateinisch Okulus) gerichteten kleineren Okularlinse, kurz Okular. Das Okular lässt sich wechseln und somit die Vergrößerung ändern. Das vom Himmelsobjekt als paralleles Strahlenbündel kommende Licht wird von der Objektivlinse zum Objektivbrennpunkt gebündelt. Dies geschieht durch Lichtbrechung oder Refraktion, wie der Fachbegriff heißt. Daher auch die Bezeichnung Refraktor für diese Teleskopart. Die Lichtstrahlen laufen danach in das Okular und treten dahinter wieder als paralleles Lichtbündel aus. Dabei tritt der Effekt auf, dass im Refraktor sowohl oben und unten, als auch rechts und links vertauscht wird. Bei der astronomischen Beobachtung ist dieser Effekt von geringer Bedeutung, stört aber sehr, wenn man durch das Linsenfernrohr irdische Objekte betrachtet.

Bildorientierung im Refraktor
Achromat und Apochromat

Neben der Bildumkehr tritt in Refraktoren ein weiterer, stärker störender Effekt auf, die chromatische Aberration, auch als Farbfehler bezeichnet. Die Objektivlinse wirkt hierbei auf das Licht wie ein Prisma und spaltet es in seine Spektralfarben auf. Der physikalische Hintergrund hierbei ist, dass die Brechungszahl, also das Verhältnis zwischen Einfallswinkel und Brechungswinkel von der Frequenz, beziehungsweise der Wellenlänge des Lichtes abhängt. Das hat zur Folge, dass der Brechungswinkel für das kurzwellige, blaue Licht größer ist als der für langwellige, rote Licht. Praktisch bedeutet das, dass die verschieden farbigen Lichtstrahlen in unterschiedlichen Brennpunkten gebündelt werden. Das heißt, der Brennpunkt für blaues Licht liegt näher an der Objektivlinse, als der Brennpunkt für rotes Licht. Wir sehen in unserem Teleskop dann unser Beobachtungsobjekt immer mit einem bläulichen oder rötlichen Lichtsaum.

Entstehung der chromatischen Aberration an einer Linse.

Gerade bei sehr hellen Objekten, wie Sterne, Planeten und ganz besonders Sonne und Mond, ist dies sehr störend. Dieser Effekt tritt ganz besonders stark bei sehr günstigen Linsenteleskopen auf. Die chromatische Aberration lässt sich reduzieren, in dem man das Objektiv nicht aus einer Linse, sondern aus bis zu vier Linsen unterschiedlicher Glassorten mit verschiedenen Brechungszahlen hergestellt werden. Dadurch gelingt es, die wellenlängenabhängigen Brennpunkte wieder zu vereinen.

In der Amateurastronomie gibt es drei verschiedene Typen von Linsenteleskopen. Im günstigen Einsteigerbereich findet man Achromaten mit verkitteten Objektiven aus 2 Linsen. Diese weisen bei der visuellen Beobachtung bei hellen Objekten einen deutlichen Farbfehler in Form eines blauen Saumes auf.
Ein Refraktor dessen Objektiv aus zwei Linsen mit dazwischen liegendem Luftspalt besteht, nennt man Achromat nach Fraunhofer. Frauenhofer-Achromaten sind schon deutlich besser, was die chromatische Aberration anbelangt. Der Farbfehler macht sich in diesen Teleskopen nur noch bei Sonne und Mond als leichter Saum bemerkbar. Etwas deutlicher wird es bei der Fotografie heller Objekte.

Ein farbreines Linsenteleskop hat ein Objektiv aus mindestens drei Linsen mit jeweiligen Luftspalt zwischen den Linsen. Dieses Linsenfernrohr wird als Apochromat bezeichnet.
Die hochwertigsten Apochromaten haben 4 linsige Objektive aus höchst brechenden Spezialgläsern.

Natürlich wünschst man sich das beste Teleskop. Ein Refraktor ohne chromatische Aberration, also ein Apochromaten. Damit man auch lichtschwache Objekte sehen kann, einen mit möglichst großer Öffnung. Doch spätestens hier tritt ein sehr großes Problem auf. Solche Refraktoren sind nicht eben günstig, was daran liegt, dass die Herstellung der Linsen besonders aufwendig ist. Wenn ein achromatische Refraktor mit 102mm Durchmesser etwa 250 Euro kostet (nur die Optik), so kostet ein Apochromat mit gleicher Öffnung mindestens das 6 fache, also gut 1500 Euro. Bei 152mm Öffnung beträgt der Unterschied zwischen Achromat und Apochromat gut das 10 fache.

Refraktoren sind robuste und geschlossene Teleskope, dass heißt, zum einen kommt es fast nicht zu einer Dejustierung der Optik durch Erschütterungen, beispielsweise beim Transport, zum Andern kommt es nicht zu einem Luftaustausch zwischen dem Teleskop und der Umgebung, was bedeutet, dass in dem Teleskop keine Luftunruhe entsteht, wie in offenen Teleskopen, zum Beispiel in Newton-Spiegeln. Linsenteleskope haben die höchste Abbildungsgüte und den höchsten Bildkontrast, sie eignen sich besonders gut zur Beobachtung von Planeten, dem Mond oder der Sonne. Bei nicht zu großer Brennweite kann man mit ihnen gut helle Nebel, Galaxien und Sternhaufen betrachten.
Wie beschrieben weisen einfache Linsenteleskope Farbfehler auf.

Da die Brennweite eines Linsenteleskops ziemlich genau seiner Baulänge entspricht, werden die Teleskope bei größer werdender Brennweite unhandlich und in Verbindung mit größer werdender Öffnung sehr schwer. Vor allem bei Beobachtungen im Zenitbereich wird das problematisch und es empfiehlt sich unbedingt der Einsatz eines Zenitprismas. Dies wird wichtig in der Auswahl einer passenden Montierung, sowie Stativ.

Ein Linsenteleskop stellt ein klassisches Einsteigerinstrument dar, da es vom Strahlengang und der Bedienung her sehr einfach ist, zumal auch die Notwendigkeit entfällt die Optik nach einem Transport zu justieren.