Wolfgang Bodenmüller and his telescope

Welches Teleskop für Sonnenbeobachtung?

Dem Amateur steht heutzutage ein breites Angebot von Teleskoptypen der verschiedensten Hersteller zur Verfügung. Prinzipiell sind alle Teleskope – beachtet man die Hinweise der Hersteller – für die Sonnenbeobachtung geeignet. Grundsätzlich werden Amateurteleskope grob in folgende drei Typen unterteilt:

Refraktoren, Reflektoren und eine Mischung aus diesen beiden Grundtypen. Der verbreitetste Mischtyp ist das klassische Schmidt-Cassegrain Teleskop, wie es von Celestron und Meade in verschiedenen Grössen angeboten werden. Einleitend sei bemerkt, dass sich dieser Beitrag nur auf fertig gekaufte Teleskope bezieht. Eigenbauteleskope, speziell für die Sonnenbeobachtung konstruiert, werden nicht oder nur am Rande erwähnt.

Beim Refraktor entsteht die Abbildung durch Lichtbrechung (Refraktion) der Objektivlinsen, bei einen reinen Reflektor (z. B. Newton-Teleskop) durch Reflexion. Bei den Schmidt-Cassegrain-Teleskopen, kurz auch SC-Teleskop genannt, entsteht die Abbildung durch eine Mischung aus Refraktion (Schmidt-Platte zur Bildfehlerkorrektur) und Reflexion (Haupt- und Fangspiegel).

Eines hat der Amateur bei der Sonnenbeobachtung genug, nämlich Lichtintensität. Wo die “Kollegen der Nachtschicht” um jeden Quadratzentimeter lichtsammelnder Fläche der Optik kämpfen, muss der Sonnenbeobachter das Licht seines Beobachtungsobjektes sogar filtern und dämpfen.

Um die für Sonnenbeobachtungen geeignete Instrumententypen, Instrumentengrössen und Zubehör diskutiert und zu beschreiben, ist es wichtig einen Überblick zu bekommen, welche Oberflächendetails es für den Amateur auf der Sonne zu beobachten gibt. Vorab gilt dabei zu unterscheiden, in welchem Bereich des elektromagnetischen Spektrums die Sonne beobachtet werden soll. Für den Standard-Sonnenbeobachter kommen hier nur zwei Bereiche in Frage; die Beobachtung der Sonne im kontinuierlichen Licht, die sogenannte Weisslichtbeobachtung (gesamter Teil des sichtbaren Spektrums von ca. 400 bis 700 Nanometer Wellenlänge, Photosphäre) und die Beobachtung der Sonne im Licht der roten Wasserstofflinie, die H-alpha Beobachtung (hier wird eine einzelne Spektrallinie aus dem Spektrum herausgefiltert, Chromosphäre).

Wahl der Instrumentengrösse

Um die Instrumentengrösse abzuschätzen, lassen Sie uns einen Blick auf die scheinbaren Winkelgrössen der Objekte werfen, die wir auf der Sonne beobachten wollen. Die kleinsten Strukturen, die für den Standard-Amateur auf der Sonne zu beobachten sind, ist die einzelnen Granulen der Sonnengranulation. Granulen haben eine scheinbare Grösse von ca. 2 bis 3 Bogensekunden (die ganze Sonnenscheibe ist im Mittel 0.5 Grad im Durchmesser; 1 Grad = 60 Bogenminuten, 1 Bogenminute = 60 Bogensekunden). Da das Auflösungsvermögen (die Trennschärfe) eines Teleskops nur vom Durchmesser der Optik abhängig ist, muss also gefordert werden, dass das Teleskop 2 Bogensekunden auflösen kann.

Das Auflösungsvermögen eines Teleskops berechnet sich grob wie folgt:
Auflösungsvermögen (in Bodensekunden) = 138 / Objektiv- oder Spiegeldurchmesser (in Millimeter)

Wird die Formel umgestellt und der Wert von 2 Bogensekunden eingesetzt, so ergibt sich eine geforderte Teleskopöffnung von theoretisch nur 69 Millimeter. Da dies nur eine Faustformel ist erhöhen wir den Objektivdurchmesser zur Sicherheit auf 100 Millimeter. Teleskope dieser Öffnung gehören heutzutage zum Standardrepertoire des Amateurastronomen und zeigen im Prinzip alle Details der Sonnenoberfläche die dem Amateur zugänglich sind.

Der Instrumententyp

Schwieriger ist die Frage zu entscheiden, welchen Instrumententyp man einsetzen soll. Jede Bauweise hat seine Vor- und Nachteile.

Teleskoptypen

Die Strahlengänge und die daraus resultierenden Baugrößen der drei Teleskoptypen
© 2001, W. Paech

Der Newton Reflektor

Vorteile:
Grosse Öffnungen (also grosse Spiegeldurchmesser) sind im Vergleich zum Refraktor preiswert (bei einem Objektiv müssen 4 Oberflächen optisch bearbeitet werden, bei einem Newton-Spiegel nur eine), Die Abbildung ist völlig frei von Restchromasie und durch die üblichen kleinen Öffnungszahlen sind die Baulängenrecht kurz.

Nachteile:
Der Newton hat ein offenes Tubussystem und ist daher sehr anfällig gegen thermische Effekte (instrumentell erzeugte Luftunruhe). Er ist streulichtempfindlich (speziell bei Tagesbeobachtungen). Er hat einen, Beugung und Streulicht erzeugenden, Fangspiegel im direkten Strahlengang. Die Öffnungszahlen sind meist recht klein und damit ist die Wärmebelastung des Fangspiegels und des Okulars sehr hoch.

Die gängigen Spiegeldurchmesser liegen bei ca. 130-200 mm mit Brennweiten von etwa 500-1200 mm; die resultierenden Öffnungszahlen liegenbeidurchschnittlich N=5 bis 8 (1:5 – 1:8).

Das Schmidt-Cassegrain System

Vorteile:
Das SC-System hat die kürzeste Baulänge aller drei Systeme und ist daher sehr handlich (es ist ein typisches transportables Reiseinstrument). Die relativ grossen Öffnungen sind preiswert und es hat durch die Schmidtplatte ein abgeschlossenes Tubussystem. Da es eine Kombination ist, bestehend aus zwei Spiegeln und der Schmidtplatte ist die Restchromasie minimal.

Nachteile:
Auch das Schmidt-Cassegrain Teleskop ist bei Tagesbeobachtungen streulichtempfindlich und es hat einen sehr grossen, Beugung und Streulicht erzeugenden Fangspiegel im direkten Strahlengang.

Die Hauptspiegeldurchmesser betragen ca. 150-200 mm, die Brennweite 1500-2000 mm. Die Öffnungszahl liegt meist bei N=10 (1:10).

Der Refraktor

Vorteile:
Er besitzt einen geschlossenen Strahlengang, bestehend aus Objektiv, Tubus und Okular. Dadurch kann wenig instrumentell erzeugte Luftunruhe entstehen, da die Luftsäule im Tubus nicht mit der Aussenluft in Wechselwirkung treten kann. Er hat keine Beugung erzeugenden und damit bildverschlechternde Bauteile im Strahlengang und benötigt keine reflektierenden optischen Oberflächen (reflektierende, also spiegelnde Oberflächen erzeugen immer Streulicht). Das entstehende Brennpunktbild ist scharf, kontrastreich und weitgehend streulichtfrei.

Nachteile:
Durch den gestreckten Strahlengang hat er eine grosse Baulänge, das wiederum erfordert eine stabile Montierung; der Refraktor ist relativ unhandlich. Er hat normalerweise kleinere Objektivöffnungen im Vergleich zu Spiegelteleskopen und das Objektiv bildet nicht alle Farben des Spektrums gleichscharf ab (Farbrestfehler oder Restchromasie). Dieser Fehler ist bei den modernen Objektivtypen aber weitgehend gemindert.

Refraktoren in Amateurbesitz haben im allgemeinen Objektivdurchmesser von ca. 80-150 mm, Brennweiten von ca. 800-1500 mm und daraus resultierende Öffnungszahlen von ca. N=10 – 15 (auch 1:10, bzw. 1:15 Öffnungsverhältnis genannt).

 

Logisch ist auch; hat man bereits ein Instrument, sollte man es auch einsetzen. Soll ein Gerät speziell zur Sonnenbeobachtung anschafft werden, empfiehlt der Autor aus über 30-jähriger Praxis der Sonnenbeobachtung die Anschaffung eines Refraktors. Die Gründe sind vielfältig, die beiden wichtigsten sind folgende: Bei der enormen Lichtfülle der Sonne spielt die lichtsammelnde Fläche der Optik keine Rolle, so dass der grösste Vorteil lichtstarker Spiegelteleskope, die meist grössere Teleskopöffnung, nicht zum Tragen kommt. Dagegen verhilft das Fehlen eines Fangspiegels im Strahlengang dem Refraktor zu einer besseren Kontrastleistung bei gleicher Öffnung. Die oft längeren Brennweiten eines Refraktorobjektives sind von Vorteil, da bei der Sonnenbeobachtung mittlere bis starke Okularvergrösserungen (größer 50fach) gefragt sind. Weitere Vorteile des Refraktors sind:

ein geschlossener Tubus und für den Gelegenheitsbeobachter eine Transportunempfindlichkeit gegenüber Spiegelteleskopen. Bei Spiegelteleskopen entsteht bei der Lichtreflexion an den Spiegeln, physikalisch bedingt Streulicht, welches den Bildkontrast mindert. Für die Beobachtung z.B. der Granulation im weißen Licht ist jedoch höchste Kontrastleitung der Optik gefordert. Noch stärker gilt die Forderung höchster Kontrastleistung für Beobachtungen im H-alpha Licht.

Noch ein paar Bemerkungen zur Montierung:

Wer sich ernsthaft – und nicht nur als Gelegenheitsbeobachter – der Sonnenbeobachtung widmen möchte, wird früher oder später den Wunsch haben, seine Beobachtungen entweder zeichnerisch oder fotografisch zu dokumentieren. Für beide Beobachtungsmethoden sollte die Montierung parallaktisch mit Motorantrieb ausgestattet und stabil und standfest aufgebaut sein. Sowohl bei der fotografischen- als auch bei der zeichnerischen Beobachtung muss das Teleskop häufig berührt werden.

© 2015 (überarbeitet): Wolfgang Paech in Zusammenarbeit mit H.Hilbrecht, C.-H. Jahn und P. Völker

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