Teleskop

Polnisches 1,3-m-Teleskop, Las-Campanas-Observatorium, Chile

Radioteleskope des VLA in New Mexico

Ein Teleskop ist ein Instrument, das elektromagnetische Wellen sammelt und bündelt, beispielsweise um weit entfernte Objekte beobachten zu können. Der aus dem griechischen τῆλε téle („fern“) und σκοπεῖν skopeín („beobachten, ausspähen“) gebildete Ausdruck wurde zwar erst in der Neuzeit geprägt, doch gab es schon im Altgriechischen das Wort τηλεσκόπος teleskópos („weithin schauend“).

Zum Begriff Teleskop

Der Begriff Teleskop wird über die optische Astronomie (sichtbares Licht, UV und Infrarot) hinaus auch bei Röntgen- und Radiostrahlung gebraucht. Auch optische Baugruppen, die wie ein optisches Teleskop aufgebaut sind, aber nicht der Beobachtung ferner Gegenstände dienen, werden so bezeichnet. Ein solches Teleskop kann zum Beispiel zur Strahlaufweitung (Vergrößern des Strahldurchmessers) von Lasern verwendet werden, um den Strahl über größere Entfernungen übertragen zu können oder um seine Intensität zu verringern.

Teleskop wird gelegentlich noch weiter verallgemeinert auf Anordnungen von Teilchen- oder Strahlungsdetektoren, die richtungsempfindlich sind, also eine Rekonstruktion der Einfallsrichtung der detektierten Strahlung erlauben (siehe Detektorteleskop). Ein Beispiel dafür ist der Begriff Neutrinoteleskop, der stellenweise in der Literatur verwendet wird.

Geschichte der optischen Teleskope

Die ersten Teleskope waren Fernrohre mit Linsen. Als erstes Teleskop gilt das Galilei-Fernrohr, 1608 erfunden und ab 1610 von Galileo Galilei weiterentwickelt. Die schärferen Kepler-Fernrohre wurden einige Jahre später konzipiert, lichtstärkere und farbreine Objektive aber erst ab 1770.

Als um 1900 die Linsenfernrohre mit den bis 20 Meter langen Riesenteleskopen an ihre Grenzen stießen, ging die Entwicklung auf die kompakteren Spiegelfernrohre über, die heute 8 bis 10 Meter Durchmesser erreichen. Ihre Prototypen – das Cassegrain- und Newton-Teleskop – entstanden aber schon um 1670. Die modernen Weltraumteleskope beobachten auch im UV und Infrarot, während am Boden die Radioteleskope zu großen und flächendeckenden Antennensystemen ausgebaut werden.

Vom Galilei- und Kepler-Fernrohr zum Achromaten

Als erstes Teleskop gilt das Galilei-Fernrohr. Es wird auch holländisches Fernrohr genannt. Es wurde vom holländischen Brillenmacher Hans Lipperhey um 1608 erfunden und in der Folgezeit von Galileo Galilei weiterentwickelt.

Nach Pierre Borel sollen jedoch Zacharias Janssen und dessen Vater die wahren Erfinder sein (1610) und Hans Lipperhey erst ein Teleskop gebaut haben, nachdem er von Janssens Erfindung gehört hatte.

Ein schärferes Bild und größeres Gesichtsfeld hatte das Kepler-Fernrohr (astronomisches Fernrohr), das 1611 von Johannes Kepler konzipiert und 1613 vom Jesuiten Christoph Scheiner verwirklicht wurde. Um die chromatische Aberration zu verringern, verwendete man zunächst sehr langbrennweitige Objektive. Kompaktere und lichtstärkere Teleskope erhielt man erst, als um 1750 die Achromate erfunden wurden. Dennoch dauerte es noch einige Jahrzehnte, bis Josef Fraunhofer um 1825 Objektive mit Öffnungen über 30 cm herstellen konnte. In der Zwischenzeit setzte man für lichtschwache Himmelsobjekte wie Nebelflecke oder Galaxien die etwas lichtstärkeren Spiegelteleskope ein, deren Metallspiegel jedoch sehr schwer waren und eine höhere Schliffgenauigkeit erforderten.

Erste Spiegelteleskope

Die ersten dieser Spiegelteleskope waren in den 1630er-Jahren konzipiert worden, hatten aber wegen des gekippten Hauptspiegels große Abbildungsfehler. Wesentlich verbessert wurden sie erst 1663 durch James Gregory und 1672 durch Laurent Cassegrain und Isaac Newton. Diese noch heute verwendeten Bauarten des Cassegrain- und Newton-Teleskops wurden zu Prototypen der um 1900 einsetzenden Weiterentwicklung.

Der Leviathan um 1860. Der Beobachter steht auf einer bis zu 18 m hohen Brücke.

Größenmäßig gipfelte sie bereits 1845 mit Lord Rosses 16 Meter langem Leviathan, dessen 1,83 Meter großer Metallspiegel allein 3,8 Tonnen wog. Mit diesem – freilich schwer zu handhabendem – Instrument konnte der begüterte Hobbyastronom erstmals die Spiralstruktur einiger Galaxien erkennen, was ihm damals aber kein Fachastronom glaubte.

Als Fraunhofers Nachfolgern bessere Glassorten und Gussmethoden zur Verfügung standen, wurden in den 1870er-Jahren immer größere Linsenteleskope gebaut. Den Anfang setzte die Sternwarte Nizza mit einem 26-Zoll-Objektiv (65 cm), mit dem erstmals Schiaparellis Marskanäle von anderen Astronomen bestätigt wurden. 1877 folgte die Universitätssternwarte Wien mit dem Grubb'schen 68-cm-Refraktor, den St. Petersburg wenig später um 5 cm übertraf. Während aber in den Folgejahren noch größere Objektive die Trennschärfe weiter steigerten, wurde zu Gunsten der Lichtstärke auch der Glasguss für 1-Meter-Spiegel entwickelt.

Astrophysik und Großteleskope

Mit dem Aufkommen der Astrophysik konzipierte man sogenannte Doppelrefraktoren, die visuell-spektrografisches und fotografisches Beobachten kombinieren konnten. In Paris und Potsdam wurden 1893/99 solche Refraktoren mit 80/60 cm Apertur errichtet und der Höhenflug der Spektroskopie begann. Doch als in den USA die Lick- und Yerkes-Sternwarte sogar Teleskope mit Objektiven von 91 und 102 cm installierten, war man an die optisch-mechanischen Grenzen gestoßen: Die Linsendurchbiegung machte weitere Steigerungen von Lichtstärke und Auflösung zunichte, und die Montierungen dieser dutzend Tonnen schweren Ungetüme waren extrem aufwendig, da Linsen im Gegensatz zu Spiegeln nur am Rand gefasst werden können.

Daher ging die Weiterentwicklung wieder auf die Spiegelteleskope über, für die man seit etwa 1900 geeignete Verfahren für den Glasguss entwickelt hatte. Den größten Fortschritt brachte das 2,5-Meter-Hooker-Teleskop auf dem Mount Wilson, mit dem erstmals der Rand des Andromedanebels in einzelne Sterne aufgelöst werden konnte und die Spektroskopie auch sehr ferner Objekte gelang. Es erhielt eine stabile Rahmenmontierung, ebenso wie 1947 das 5-Meter-Teleskop von Mount Palomar. Dieses blieb 30 Jahre das weltweit größte Teleskop. Der 1975 für das russische Selentschuk gegossene 6-Meter-Spiegel war der letzte seiner Art – er zeigte bereits deutliche Durchbiegungen – und so ging man bei den Großteleskopen der 1980er-Jahre auf segmentierte Spiegel über. Die meisten dieser modernen Instrumente sind nach dem um 1970 entwickelten Ritchey-Chretien-System konzipiert.

Segmentierter Hauptspiegel des Southern African Large Telescope

Heute (Anfang 21. Jhdt.) gibt es bereits mehrere Spiegelteleskope der 8- bis 10-Meter-Klasse, deren aktive Optik die Spiegelform stabilisiert. Dabei wird auch die Verformung wegen der veränderlichen Teleskopneigung korrigiert. Zusätzlich verringert die neu entwickelte adaptive Optik den Einfluss der Luftunruhe. Für etwa 2025 plant die ESO das 39-Meter-"European Extremely Large Telescope" (E-ELT), das neunmal lichtstärker als die heutigen 10-Meter-Spiegel sein wird.

Teleskoparten

Einfaches optisches Spiegelteleskop nach Newton-Bauart mit Sucher für den Hobby-Gebrauch

Linsenteleskop der Sternwarte Aachen

Das LBT (Large Binocular Telescope)

Je nach dem Frequenzspektrum beziehungsweise Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung unterscheidet man:

Gammateleskope
Röntgenteleskope
optische Teleskope (Fernrohre und Spiegelteleskope)
Infrarotteleskope
Radioteleskope.

Von denWeltraumteleskopen abgesehen sind sie auf die Wellenlängen des Astronomischen Fensters angewiesen, in denen die Strahlung von der Erdatmosphäre nicht oder wenig absorbiert wird. Ein möglichst hochgelegener, klimatisch trockener Standort ist dabei von Vorteil.

Um Teleskope auf ein astronomisches Objekt richten zu können, werden sie zumeist auf einer Montierung angebracht. Ausnahmen sind feststehende Großteleskope wie das Arecibo-Observatorium oder Weltraumteleskope, die anders positioniert werden.

Es gibt ein reichhaltiges Teleskopzubehör (siehe weiter unten), angefangen von Filtern bis hin zu unterschiedlichsten Okularen.

Nutzung des Primärbildes

Visuelle Beobachtungen mit kleineren Teleskopen werden mittels eines Okulars durchgeführt, das hinter dem Fokus angebracht wird. Handelsübliche Kleinbild- oder Mittelformatkameras oder auch elektronische Sensoren können hier angesetzt werden. Bei großen Teleskopen befinden sich an dieser Stelle verschiedene Zusatzgeräte wie Spektrografen, Fotometer oder Kameras.

Großteleskope nutzen den Fokus des Hauptspiegels (den Primärfokus) für direkte Beobachtungen. Dafür befindet sich bei einigen Teleskopen dort eine Primärfokuskabine, die den Fangspiegel ersetzt. Vor Einführung elektronischer Detektoren hielt sich dort während des gesamten Beobachtungsprogramms ein Astronom auf, heute wird nur das Instrument dort montiert und vom Kontrollraum aus gesteuert. Andere Großteleskope leiten das Primärbild von der Hauptoptik über einen Coudé-Strahlengang oder über optische Glasfasern in einen eigenen Auswertungsraum. Dies ermöglicht den Einsatz von großen Analysegeräten, deren Gewicht sonst die Konstruktion der beweglichen Montage der Hauptoptik erschweren würden.

Literatur

Günter D. Roth: Astronomiegeschichte (Astronomen, Instrumente, Entdeckungen). Kosmos-Franckh, Stuttgart 1987, ISBN 3-440-05800-X.
Schilling, Govert / Christensen, Lars Lindberg: Unser Fenster zum Weltraum – 400 Jahre Entdeckungen mit Teleskopen. Wiley-VCH, Berlin 2008. ISBN 978-3-527-40867-2.
Ulf Borgeest: Europas neue Teleskope. Verlag Sterne und Weltraum, Heidelberg 2003, ISBN 3-936278-47-4.
Claus Grupen: Astroteilchenphysik: Das Universum im Licht der kosmischen Strahlung. Vieweg, 2000, ISBN 3-528-03158-1.

Basierend auf einem Artikel in:

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