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Praxisbedingte Einschränkungen verschiedener Teleskope

Nach der Diskussion um das theoretische Leistungsvermögen einer Teleskopoptik, die hier schon anhand eines 127/820 Luftspalt-Achromaten und eines 150/750 Newtons erfolgte, fehlt ein überblick über die Leistungseinbussen, die solche Geräte durch Serienstreuung, Konstruktionsmängel, Umwelteinflüsse und schließlich auch Bedienfehler erleiden. Dies soll hiermit folgen. Der Artikel ist recht lang geworden und ich möchte klarstellen, daß kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben wird. Jedes Einzelthema für sich wäre schon ein Kapitel eines Buches Wert - und ist es warscheinlich schon manchem Autor gewesen.

Das erste gemeinsame Problem aller Teleskoptypen ist die Oberflächenqualität der Optik. Dies betrifft alle Optiken und alle Flächen im Strahlengang. Dabei ist zu bemerken, daß eine Spiegeloptik quasi doppelt so empfindlich gegenüber solchen Fehlern ist, da sich ein Oberflächenfehler durch die Reflektion doppelt so stark auswirkt, wie bei der Refraktion (Lichtbrechung). Während bei der Refraktion einfach die Lichtbrechung etwas zu früh oder zu spät im Strahlengang auftritt, so muß bei der Reflektion der Weg doppelt gerechnet werden, denn an einem 0,1 Wellenlängen hohen Berg läuft das restliche Licht erst 0,1 Wellenlängen bis zur eigentlichen Spiegeloberfläche, und dann wieder 0,1 Wellenlängen zurück zum "Berggipfel", es fällt also gegenüber dem vom Berggipfel reflektierten Licht um 0,2 Wellenlängen zurück. Daher ist es bei Spiegeloptiken sehr wichtig zu wissen, ob man bei einer Optikdiskussion von "Lambda" oder "Lambda Wave" (deutsch auch "Wellenfront") spricht, denn mit "Lambda Wave" ist der tatsächlich auftretende Fehler gemeint, während Lambda nur den Oberflächenfehler beschreibt. Für uns ist wichtig zu wissen, daß eine Spiegeloberfläche doppelt so genau sein muß, wie eine Linsenoberfläche, um mit gleicher Qualität abzubilden.
Besonders im Billigsegment relativiert sich das natürlich, denn die Hersteller wissen meist ziemlich genau, wie gut sie eine Optik polieren müssen, damit sie beim Kunden gerade nicht durchfällt. Das heisst die Sache regelt sich für billige Linsen oder Spiegel von selbst auf den Wert "geht so". Zumindest gilt das für den "akzeptablen Niedrigpreisbereich".
Fehler, die nun bei den optischen Flächen auftreten, sind zum Beispiel kleine "Fehlerspots", eine Art Rauigkeit der Oberfläche, die durch eine schlechte Politur auftreten. Das kann sogar so weit gehen, daß man in sehr seltenen Einzelfällen (besonders bei Refraktoren) matte Stellen auf der Linse erkennt, wenn man ohne Okular ins Teleskop schaut. (Bitte nicht mit Dreck verwechseln).
Andere Fehler betreffen die Form als ganzes, zum Beispiel Astigmatismus, was bedeutet, daß die Linse oder der Spiegel leicht "eirig" oder "elliptisch" geschliffen ist. Auch abweichungen von der gewünschten Krümmung (sogenannte Zonenfehler) treten auf. Bei sphärischen Flächen (das sind "Kugelausschnitte") tritt das selten auf, weil solche Flächen maschinell recht gleichbleibend herzustellen sind. Asphärische Flächen, zum Beispiel der Parabolspiegel eines Newtons, sind schwieriger herzustellen und daher öfter auch von Zonenfehlern betroffen.
Generell gilt, daß eine Oberfläche um so schwieriger herzustellen ist, je stärker sie gekrümmt ist. Und das bedeutet, daß es bei gleicher Linsen- oder Spiegelgröße schwieriger wird, je kürzer die Brennweite ist.
Ein eher vom Spiegel her bekanntes Problem ist die abgesunkene Kante, dabei wird die Kante einer optischen Fläche zu stark abgeschliffen, wenn zu stark "über den Rand hinaus" gearbeitet wird. Sie tritt aber auch bei ebenen Flächen auf, also bei Fangspiegeln, Zenitspiegeln und Filtergläsern.

Man kann diesen Bereich zusammenfassen mit der Warnung, daß man vor allem bei sehr günstigen Teleskopen mit sehr schwankender Optikqualität rechnen muß. Im Vorteil sind hier die eher langbrennweitigen Optiken mit "einfachen" Öffnungsverhältnissen, wie es zum Beispiel 80/1000 Refraktor oder 114/900 Newton sind. Problematisch sind kurze Brennweiten wie ein 114/500 Newton oder ein 100/600 Achromat.

Gemeinsam ist den Systemen auch die "Okularproblematik". Damit ein Okular das gesamte Gesichtsfeld scharf abbilden kann, muß es mit der Optik zurecht kommen. Das ist vor allem bei großen Öffnungsverhältnissen (f/4 ist groß, f/10 ist mittel, f/20 ist klein) ein Problem. Im Bereich f/4 (oder noch größer) bis f/6 können viele Okulare die Sterne nicht mehr richtig Punktförmig abbilden. Die Sterne werden schon in der Bildmitte leicht vergrößert. Nur gut korrigierte Okulare, die meist eine eingerechnete Barlowlinse ("Negativelement") haben, schaffen diese Korrektur. Aber auch die Kombination des "einfachen Okulares" mit einer Barlow zeigt sich meist als Vorteilhaft.
Die Randabbildung leidet ebenfalls bei großen Öffnungsverhältnissen. Hier spielt zum Beispiel der Okularastigmatismus eine Rolle, der die Sterne zu Bananen oder Würstchen verbiegt, oder aber auch kleine Schweifchen (zusätzlich zur Koma, s.u.) produziert. Hinzu kommt die Bildfeldwölbung, die mit kürzerer Brennweite immer stärker wird. Sie ist auch beim 2-linsigen Refraktor ein spürbares Problem. Die Sterne am Bildrand werden zusätzlich zu den anderen "Randproblemen" unscharf.

Das nächste gemeinsame Problem ist die Justage. Gemeinsames Problem? Ja! Jedes Teleskop braucht eine ordentliche Justage. Die Dejustage wirkt sich nur unterschiedlich stark oder durch unterschiedliche Effekte aus.
Relativ unempfindlich sind die Refraktoren. Hier braucht die optische Achse nur einigermassen "zum Okular hin" zu zeigen, um ein gutes Bild zu erhalten. Daher kann man auch mit einem Refraktor ohne Justageschrauben auskommen und im Billigbereich ist das meist auch so. Justiert werden muß aber das Refraktorobjektiv "in sich", und zwar müssen die Linsen zueinander zentriert sein (im Massenmarkt bestehen die Objektive meist aus einer zwei-elementigen Linse) und sie müssen im richtigen Abstand voneinander sitzen. Der dünne Luftspalt zwischen den Linsen wird im Werk mit Abstandsplättchen eingestellt, die sich bis hin zu 1/100 Millimeter in der Dicke unterscheiden. Oft werden die Linsen auch "Rotationskollimiert", das heisst sie werden so gegeneinander verdreht, daß ihre gegenseitigen Oberflächen möglichst gut zueinander passen.
Stimmt die Justage nicht, so gibt es z.B. bei falschen Linsenabständen sogenannte "Sphärochromasie", das heisst der Refraktor verliert auf seiner optimalen Wellenlänge (bei grün oder gelbgrün) etwas an Schärfe.

Der Newton liefert nur auf der optischen Achse ein optimales Bild. Zum Rand des Bildes hin fällt Koma auf, das heisst helle Sterne bekommen ein kleines "Schwänzchen", einen Lichtausbrauch von der Bildfeldmitte weg. Der Newton muß nun so gut justiert werden, daß der von Koma nicht beeinflusste Bildbereich genau in die Mitte des Okularauszuges fällt, damit Okulare für hohe Vergrößerung den besten Bildbereich in ihre kleine Feldlinse "geliefert" bekommen. Wie groß dieser Bereich ist, hängt vor allem vom Öffnungsverhältnis ab. Ein f/4 Newton sollte zum Beispiel auf den Millimeter genau justiert werden, was bei f/4 eben heisst, daß es am Spiegelrand um 1/4 Millimeter geht, oder bei mehr zur Mitte hin gesetzten Justageschrauben auch um 1/10. Bei einem Newton mit f/8 ist das ganze weit weniger kritisch.
Der Newton sollte ab und an auf Richtigkeit der Justage überprüft werden. Ob ein Nachstellen nötig ist hängt davon ab, wie weich der Tubus ist und wie stark sich der Spiegel zum Beispiel durch Schütteln (Autofahrt) in seiner Halterung verschieben kann. Der Spiegel darf nämlich nicht richtig fest geklammert werden, da er sich sonst durch den Druck verspannt und unscharfe Bilder liefert.

Im Punkt Justage ist der Refraktor das unempfindlichere Instrument, weil sich Justagefehler stets nur gering auswirken. Der Newton ist empfindlicher. Wer aber den Refraktor optimal nutzen will, der wird sich auch bei einem solchen Instrument über eine justierbare Fassung freuen. Der Newtonbesitzer muß sich zwangsläufig mit der Justage auseinandersetzen, er wird aber mit etwas Übung eine Dejustage viel eher erkennen und mit ebensoviel Übung und der richtigen Justagetechnik auch schnell beheben können.

Ein weiteres gemeinsames Problem ist die Optikverspannung. Sie wird von vielen Leuten eher dem Newton oder dem Spiegelteleskop angerechnet, aber das ist eine zu enge Sichtweise.
Beim Spiegelteleskop, dessen Hauptspiegel oft von drei Klemmen gehalten wird, kommt es darauf an, diese Klemmen nur so leicht anzuziehen, daß der Spiegel darin "arbeiten" kann. Teleskopspiegel kommen häufig recht groß daher, 200mm Durchmesser sind derweil typische Einsteigergröße geworden. Der Spiegel muß nun zwischen typischen 30°C und -10°C (bei manchen auch mal -20°C) in der Fassung sitzen, soll nicht klappern aber auch nicht geklemmt sein. Die Klemmen brauchen also "einen Hauch Spiel" und einen Gummi- oder wenigstens Filzpuffer. Gleiches gilt für die seitliche Führung/Stützung des Spiegels. Sind die Klemmen zu fest angezogen, so verformt sich der Spiegel entsprechend des Drucks von drei Punkten aus und man sieht wirklich dreieckige Beugungsbilder, ja bei Höchstvergrößerung sogar dreieckige Sterne.
Auch den Fangspiegel kann eine solche Verspannung betreffen, zum Beispiel wenn eine Kunststoff-Fassung um den Fangspiegel herum sitzt, und diese bei kalten Temperaturen schneller schrumpft, als der Fangspiegel. Dann wird der Fangspiegel astigmatisch gedrückt (siehe oben: Astigmatismus).
Aber auch Linsen können verspannt sein. Hier gilt es, dieselben Probleme zu lösen. Die Linsenfassung schrumpft bei Kälte unterschiedlich stark wie der Linsenkörper, also muß die Linse in der Fassung Spiel haben. Das Spiel darf aber wiederum nicht zur Dezentrierung führen. Eine knifflige Angelegenheit. Da Linsen rundum gefasst sind, kommt es bei einer Verspannung nicht zu einer "Dreiecksausprägung" wie beim Spiegel, sondern die Linse wird "runder gepresst" und zeigt dann merkwürdige Beugungsbilder, Fehlkorrektur und allgemein "matschige Sterne". Ein besonders interessanter Fall war die Taukappe des Lidl-Teleskopes von 2004, die so stramm saß, daß sie durch die Objektivfassung hindurch die Linsen quetschte. Abnehmen der Taukappe verbesserte das Bild spürbar - ein Problem, das im Billigbereich häufig und eben nicht nur beim Lidl-Teleskop vorkommt.

Das "wohltemperierte Teleskop" könnte ein eigener Roman werden. Allen Teleskopen gemeinsam ist die Notwendigkeit einer Auskühlzeit. Das Gerät wird aus der warmen Wohnung zum Beobachtungsplatz gebracht, und muß sich der Lufttemperatur anpassen. Von allen warmen Teilen des Teleskopes steigen Luftschlieren auf, die sich im Bild störend bemerkbar machen. Der Newton mit seinem offenen Tubus kühlt schnell aus unter heftiger Schlierenbildung. Der Effekt heisst "Tubus-Seeing" und ist am unscharfen Stern oder Planeten sehr (un-)schön zu sehen. Man halte dabei auch mal die eigene Hand, oder die eines Kumpels, vor die Öffnung.
Der Refraktor mit geschlossenem Tubus kühlt langsam aus, bildet dann aber für recht lange Zeit schwächere schlieren. Beim Newton muß das Licht die schlierige Luft sogar zwei mal durchlaufen, was den Einfluss der Schlieren deutlich verstärkt. Ab einer gewissen Teleskopgröße ist deshalb eine Tubusbelüftung sinnvoll, also ein Lüfter, der die Luftschlieren absaugt bzw. durchmischt und die Auskühlung beschleunigt.
Luftschlieren entstehen auch durch die Atemluft des Beobachters, der gerade beim Newton in Öffnungsnähe atmet. Hier kann eine Taukappe für den Newton helfen.
Ein weiteres Problem nach der Auskühlzeit ist die unterschiedliche Auskühlung von Tubus-Oberseite und -Unterseite. Die dem schwarzen Nachthimmel zugewandte Seite kühlt schneller ab und bei schräg stehendem Tubus bilden sich im innern Konvektionsströumgen aus relativ warmer Luft die von der dem Boden zugewandten Tubuswand aufsteigt und Kaltluft, die von der kalten Tubuswand herunterfällt. Sie stören ebenso das Bild. Eine Tubus-Isolierung hilft.

Tau ist ein weiteres gemeinsames Problem. Es gibt kaum einen Refraktor ohne Taukappe. Weil die Taukappe auch eine Streulichtblende ist, ein spürbarer Vorteil, besonders bei Mondlicht. Beim Newton wird die Taukappe nur selten mitgeliefert, denn die Spiegel des Newtons liegen im innern geschützt und tauen eher selten zu. Eine Newton-Taukappe hat von daher in der Hauptsache als Streulichtblende und als Atemluft-Abschirmung (s.o.) ihren Verwendungszweck. Früher waren Newtontuben nach vorne gern überlang gebaut, um die Funktion der Taukappe "in einem Guß" zu erfüllen. Heutige Newton-Tuben für den Massenmarkt werden aber allgemein zu eng und dann auch zu kurz gebaut.
Bezüglich Tau ist der Newton aber dennoch ein wesentlich unkomplizierteres System als der Refraktor.

Die mechanische Qualität und Verarbeitung ist ein weiteres, wichtiges Thema. Dieser Punkt betrifft zum einen die Ausführung der Justagemöglichkeiten, zum Beispiel mit einfachen Schrauben, deren unrunde Spitzen "eiern" und so die Feinjustage erschweren, oder deren Köpfe nach wenigen Justagevorgängen ausgefressen und unbrauchbar sind. Viele Sternfreunde tauschen recht bald die Justageschrauben gegen vernünftiges Material aus. Das kostet wenige Cent und man darf sich mit recht über die entsetzliche Qualität billigen Schraubenmaterials ärgern.
Ein weiteres mechanisches "Problem" stellt gern der Okularauszug dar. Der typische Zahnstangen-Antrieb ist eher für Teleskope mit f/10 oder mehr Brennweite ausreichend. Schlecht justierte Auszüge kippeln beim wechseln der Fokussierrichtung. Das Bild verschiebt sich und somit wird die Justage besonders beim Newton verstellt, da sich die Justage ja auf die Okularposition bezieht - schiebt der Auszug das Okular seitlich hin und her, kann die Justage niemals stimmen. Schlimmer noch: Wer seinen Newton per Laser justiert, justiert bei kippelndem Okularauszug doppelt daneben. Aber auch beim Refraktor mit seinem oft sehr langen Fokussierbereich kann sich so über den langen Hebel eine deutliche Abweichung ergeben. Ganz davon abgesehen, daß bei höchster Vergrößerung das Beobachtungsobjekt quer durch das Bildfeld wandert.
Teleskope im Bereich f/4 bis f/6 können auch mit normalen Okularauszügen nur noch schwer scharfgestellt werden, man braucht sehr viel Feingefühl. Besser ist hier ein Fokussiermotor, ein Okularauszug mit einem untersetzten Feineinstellknopf, oder ein Drehfokussierer (“Helical”).

Die Verblendung des Teleskopes ist ein weiteres Problem. Bei Newtons wird sie fast nie ausgeführt, obwohl sie sinnvoll wäre. Beim Refraktor finden sich zwar praktisch immer ein oder zwei Blenden, es kommt aber nicht selten vor, daß diese zu eng sind und so die Öffnung des Teleskopes unnötig abblenden. Wer ein Teleskop mit 100mm Öffnung bezahlt, wird sich schwer ärgern, festzustellen, daß er nur durch 90mm davon beobachten kann. Beim Newton übrigens kann sich selbiges Problem durch einen zu kleinen Fangspiegel einstellen.
Es gibt heute nur sehr wenige Newtons, die Tubusblenden haben. Hier spielt sicher auch der meist zu enge Tubus eine Rolle, der für Blenden keinen Platz lässt. So kann Streulicht leicht in den Okularauszug gelangen und das Bild aufhellen, so daß das Gerät flaue Bilder zeigt. Beim Refraktor sind Blenden dagegen viel einfacher zu installieren, weil der Strahlengang hinter der Linse immer schmaler wird. Beim Newton führt das Ineinanderspiegeln der Strahlen dazu, daß die Blenden immer für das vor dem Spiegel ungebündelte Licht gerechnet werden müssen, also daß die Blenden stets größer als der eigentliche Spiegel sind. Erst im Okularauszug kann man Blenden wie im Refraktor verwenden. Aber auch hier wieder: Typische Okularauszüge, vor allem zwei Zoll Auszüge die selbst nur ca. 50mm Innendurchmesser haben, sind zu eng für Blenden. Solche Auszüge sind an sich schon schlechte Konstruktionen, weil sie nicht berücksichtigen, daß das Strahlenbündel zum Hauptspiegel hin dicker wird.
Abhilfe gegen Streulicht schafft eine Auskleidung von Tubus und/oder Okularauszug mit schwarzem Velours. Die feinen Fasern wirken wie unzählige Micro-Blenden und schlucken mehr Streulicht, als jeder käufliche Mattlack - besonders wenn das Licht unter flachem Winkel einfällt. Velours-Auskleidung macht auch bei Linsenteleskopen mit nur wenigen Blenden im Tubus Sinn, es gibt einige Erfolgsberichte. Die meisten Refraktoren sind aber schon sehr gut verblendet und haben kaum Streulichtprobleme, während bei den meisten (auch teuren) Newtons mit Velours nachgearbeitet werden sollte.
Übrigens, Velours isoliert auch etwas (s.o.).

Der Zenitspiegel sollte auch noch angesprochen werden. Praktisch jeder Refraktor und viele kompakte Spiegelteleskope brauchen einen Zenitspiegel. Leider kommt es vor, daß der Zenitspiegel Probleme in das optische System einbringt. Das passiert, wenn die Oberfläche des Zenitspiegels ungenau geschliffen ist, oder in der Halterung verspannt wird. Weiterhin kann es vorkommen, daß der Zenitspiegel nicht richtig justiert ist, so daß Licht aus der Bildmitte auf der anderen Seite mehr am Bildrand ankommt. Damit wird die optische Achse verkippt und die Optik ist mit Zenitspiegel dejustiert. Justiert man die Optik nun mit Zenitspiegel neu, so reicht es, den Zenitspiegel zu drehen, und die Optik ist wieder dejustiert, bei 180° Drehung sogar doppelt so schlimm. Es lohnt also, auf einen Zenitspiegel guter Qualität zu achten.

Um hier zum Ende zu kommen und eine Zusammenfassung zu finden: Es zeigt sich, daß sich viele "gemeinsame Probleme" beim Newton besonders stark auswirken. Das ist insbesondere die Dejustage und die Problematik des Tubus-Seeings. Bei "Geräten von der Stange" gibt es vor allem beim Newton Grund und Notwendigkeit zum Nachbessern, ehe das Gerät an seine Optimalleistung herangeführt werden kann. Hier kommt es auf den persönlichen Standpunkt und einen Preisvergleich an. Denn während der Newton praktisch immer deutlich günstiger ist, als der gleich große Refraktor, hat er doch zunächst auch einige Nachteile. Bei gleichem Preis beider Geräte hat der Newton aber den Vorteil größerer Öffnung und ist bei richtiger Behandlung in einigen Disziplinen schon ohne Nachbesserung im Vorteil. Dazu kommt ein großes Leistungspotenzial, wenn man gewillt ist, selbst nachzubessern. Vorraussetzung dafür ist aber, daß man innerhalb der Serienstreuung keine schlechte Optik erwischt hat (egal welches System). Beim Refraktor ist Nachbessern oft unmöglich und zum Glück auch meist unnötig, wenn man sich über die
systembedingten Eigenschaften im klaren ist .

Zuletzt sei der oft gemachte Hinweis wiederholt: Es lohnt sich durchaus, für ein Teleskop ein Mindest-Qualitätsniveau auszuhandeln. Hier ist meiner Meinung nach das klassische "beugungsbegrenzt" ein einfacher und ausreichender Startwert. Es lohnt aber je nach Verwendungszweck auch mehr Qualität, gegebenenfalls gegen Aufpreis, auszuhandeln. Natürlich nur, wenn man sicher ist, diesen Gewinn an Optikqualität auch im Alltagsgebrauch umsetzen zu können. Stichwort Justage, Standort (atmosphärisches Seeing), usw.
Ebenfalls im Auge behalten sollte man, daß der Preis für einen Optiktest nur die Einhaltung der Qualitätszusage sichern kann - die Optik wird vom Testen nicht besser! Zynisch gesprochen: Man sollte allein für den Aufkleber "Quality-Check failed!" kein Geld ausgeben! Das "Aufpreispaket" sollte immer aus einer gehobenen Qualitätszusage und deren Nachweis bestehen, wobei der Nachweis optimal natürlich von unabhängiger Stelle kommt, oder einfach eine Vertrauensfrage ist.

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