Teleskope

Teleskope Übung

• Benenne die verschiedenen Teleskope.

  Tipps

  Hubble ist das bekannteste Weltraumteleskop.

  Ein Radioteleskop besteht meist aus mehreren Empfangsschüsseln.

  Lösung

  Linsenteleskope nutzen zwei optische Linsen, um weit entfernte Objekte wie die Sterne, den Mond oder die Planeten vergrößert darzustellen. Dabei fokussiert die erste Linse, das sogenannte Objektiv, das Licht, das von dem Objekt kommt. Die zweite Linse, das Okular, bricht den ankommenden Lichtstrahl dann so, dass man ihn mit dem Auge gut sehen kann.

  Ein Spiegelteleskop nutzt einen Hohlspiegel, um das Licht zu bündeln und meist einen zweiten Spiegel, den Fangspiegel, um das Licht in das Okular zu leiten. Das Okular ist aber auch bei einem Spiegelteleskop eine Linse.

  Ein Radioteleskop dient dazu, Radiowellen zu empfangen. Dies sind elektromagnetische Wellen, deren Energie deutlich unter der Energie von sichtbarem Licht liegt. Radioteleskope nutzen riesige Antennen, die wie Satellitenschüsseln geformt sind, um die Radiowellen zu bündeln. Das Funktionsprinzip ist dabei fast das gleiche wie beim Spiegelteleskop, allerdings treffen die gebündelten Strahlen nicht auf ein Okular, sondern auf ein Messgerät.

  Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein riesiges Spiegelteleskop, das sowohl sichtbares Licht als auch infrarotes oder ultraviolettes Licht messen kann. Es befindet sich im Weltraum, weil die Messungen dort nicht von der Atmosphäre gestört werden können. So kann Hubble besonders scharfe Bilder des Weltalls machen.

• Gib den Gegenstand an, der mit Wasser eine Analogie zum Teleskop darstellt.

  Tipps

  Je größer die Öffnung eines Teleskops ist, desto mehr Licht kann eintreten.

  Bei einer Wasserflasche wird das Wasser festgehalten.

  Bei einem Küchensieb kann das Wasser durch viele kleine Öffnungen entweichen.

  Bei einem Filter kann das Wasser durch viele Poren austreten.

  Ein Trichter sammelt Wasser in einer kleinen Öffnung.

  Lösung

  Ein Teleskop wirkt wie ein Trichter für unsere Augen, indem es mit dem Objektiv das Licht sammelt und es durch das Okular in unser Auge leitet. Wenn wir mit bloßen Augen den Himmel betrachten, fällt diese Sammelwirkung weg und wir sehen die Sterne weniger hell.

• Erkläre die Funktionsweise des Teleskops.

  Tipps

  Eine konvexe Linse fokussiert parallele Lichtstrahlen in einen Punkt auf der Brennebene. Diese liegt im Abstand der Brennweite von der Linse entfernt.

  Lösung

  Das Keplersche Fernrohr ist die einfachste Bauform des Teleskops, die Funktionsweise ist aber für alle Teleskop-Arten ähnlich. Die erste Linse, das Objektiv, fokussiert zunächst das Licht der Sterne. Weil die Lichtstrahlen der weit entfernten Sterne fast parallel sind, entsteht ein Bild in der Brennebene des Objektivs.

  Dieses Zwischenbild betrachtet man durch das Okular, das wie eine Lupe funktioniert. Dabei wird das Okular so positioniert, dass sich das Zwischenbild in seiner Brennebene befindet. Die Lichtstrahlen aus einem Punkt des Bildes sind dann hinter dem Okular parallel. Schließlich fokussiert die Augenlinse das Licht auf die Netzhaut und erzeugt dort das Bild.

• Bestimme die Vergrößerung der Teleskope.

  Tipps

  Auch bei einem Hohlspiegel wie dem Hauptspiegel von Hubble sammeln sich die Strahlen in einem Brennpunkt.

  Lösung

  Die Vergrößerung eines Teleskops entspricht dem Verhältnis der Brennweiten von Objektiv und Okular. Für das Amateurteleskop ergibt sich so folgende Vergrößerung:

  $V_{Amateur}=\dfrac{f_\text{Objektiv}}{f_\text{Okular}}=\dfrac{80\text{ cm}}{20\text{ mm}}=\dfrac{80\text{ cm}}{2\text{ cm}}=40$

  Der Sehwinkel des Mondes vergrößert sich also auf:

  $\gamma*=\gamma\cdot V_{Amateur}=0,5^\circ \cdot 40=20^\circ$

  Hubble würde mit dem gleichen Okular folgende Vergrößerung erreichen:

  $V_{Hubble}=\dfrac{f_{Objektiv}}{f_{Okular}}=\dfrac{60\text{ m}}{20\text{ mm}}=\dfrac{60000\text{ mm}}{20\text{ mm}}=3000$

• Beschreibe den Strahlengang vom Stern über das Teleskop bis hin zum Auge.

  Tipps

  Das Okular ist die Linse im Teleskop, die das Licht zum Auge lenkt.

  Das Objektiv ist die Linse, die das Licht des Objektes bündelt.

  Lösung

  Das Licht eines Sterns legt viele Lichtjahre zurück, bevor es bei uns auf der Erde ankommt. Das Licht trifft dann zunächst auf die Luftmoleküle in der Erdatmosphäre, die den Weg des Lichts bereits beeinflussen können. Wenn man dann ein optisches Teleskop verwendet, um den Stern zu beobachten, wird das Licht zuerst durch das Objektiv gesammelt und auf einen Punkt fokussiert. Dieser Fokuspunkt liegt nun im Brennpunkt des Okulars, also der zweiten Linse. Die Okularlinse bricht den Strahl dann so, dass das Licht parallelisiert wird. Schließlich fokussiert die Augenlinse die parallelen Strahlen auf die Netzhaut.

• Erkläre die Bildschärfe.

  Tipps

  Wie an Glas kann Licht auch an Luftmolekülen gebrochen werden.

  Die Schärfe eines Bildes hängt vor allem vom Kontrast zwischen den hellen und den dunklen Bereichen ab.

  Lösung

  Die Vergrößerung ist bei den meisten Teleskopen nicht der wichtigste Faktor, denn es ist recht leicht möglich, mit einer sehr großen Objektivbrennweite eine hohe Vergrößerung zu erzielen. Wenn man dabei aber die Öffnung des Teleskops nicht entsprechend anpasst, dann wird das Bild schnell sehr unscharf oder dunkel. Entscheidend für die Helligkeit und die Schärfe der Bilder ist die Teleskopöffnung und die Genauigkeit der Optiken wie den Spiegeln oder den Linsen. Der riesige Hauptspiegel des Hubble-Weltraumteleskops war beispielsweise anfangs um nur 4 Mikrometer zu flach. Diese kleine Ungenauigkeit machte allerdings die ersten Bilder von Hubble so unscharf, dass sie nicht mehr genutzt werden konnten.

  Auch das Wetter und der Wind können einen starken Einfluss auf die Bildschärfe haben. Die Bewegungen der Luftschichten gegeneinander können dazu führen, dass das Licht in der Erdatmosphäre laufend anders gebrochen wird, was die Schärfe des Bildes stark verringern kann. Aus diesem Grund befindet sich Hubble im Weltall.