Fernrohre 06:58 min

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Transkript Fernrohre

Lange Zeit dachte die Menschheit, die Erde sei eine Scheibe und auch Mittelpunkt des Universums. Wie sollten die Menschen es besser wissen? Man konnte ja nur bis zum Horizont blicken. Ein paar kluge Köpfe konnten Licht in das dunkle Universum bringen - oder besser gesagt: Licht aus dem Universum in unser Auge.

Videoübersicht

Dieses Video begleitet dich auf einer Zeitreise durch die Geschichte der Fernrohre. Um uns auf dieser Reise nicht zu verirren, wiederholen wir zunächst die Strahlenkonstruktion an Linsen und Hohlspiegeln. Anschließend lernst du die Fernrohre drei berühmter Physiker kennen: Galilei, Kepler und Newton!

Sammellinsen

Zuerst solltest du dich erinnern, wie Sammellinsen Abbilder von Gegenständen erzeugen. Für einen Gegenstand außerhalb der einfachen Brennweite, entstehen reelle Bilder. Diese stehen auf dem Kopf und sind seitenverkehrt. Für einen Gegenstand zwischen Brennpunkt und Linse entstehen virtuelle, aufrechte Bilder.

Zerstreuungslinsen

Zerstreuungslinsen besitzen genau wie Sammellinsen Brennpunkte, allerdings wird Licht in diesen Brennpunkten nicht gebündelt, sondern zerstreut. Zerstreuungslinsen erzeugen immer virtuelle, aufrechte und verkleinerte Bilder von Gegenständen.

Hohlspiegel als Lichtbündel

Als drittes kann auch ein Hohlspiegel Licht bündeln. Auch er besitzt einen Brennpunkt und kann reelle und virtuelle Bilder erzeugen, je nachdem in welchem Abstand sich der Gegenstand vor dem Spiegel befindet. Fernrohre bestehen aus einer Kombination dieser Bauteile. Mit ihnen werden meist sehr weit entfernte Gegenstände betrachtet. Das Licht von diesen Gegenständen erreicht uns immer als paralleles Lichtbündel. Mit diesem Wissen können wir nun unsere Zeitreise beginnen.

Objektiv und Okular

Wir beginnen unsere Zeitreise mit Galileo Galilei. Dieser beschäftigte sich 1609 mit dem Entwurf eines Fernrohrs. Dieses Fernrohr besteht aus zwei unterschiedlichen Linsen. Das parallele Licht wird von einer Sammellinse, dem Objektiv, gebündelt. Doch ehe ein Zwischenbild entstehen kann, wird das Licht von einer Zerstreuungslinse, dem Okular, wieder in paralleles Licht überführt.

Wir sehen ein aufrechtes Bild. Die Brennweiten von Objektiv und Okular liegen dabei übereinander, so dass das Fernrohr sehr kurz gebaut werden kann. Zeichnen wir nun den Winkel ein, den die Mittelpunktstrahlen mit der optischen Achse einschließen. Offenbar ist dieser Winkel alpha Strich nach dem Fernrohr größer als der Winkel alpha vor dem Fernrohr.

Sehwinkel

Der Betrachter nimmt den Gegenstand unter einem größeren Sehwinkel wahr. Das ist auch die Hauptfunktion aller Fernrohre. Der Sehwinkel ist verantwortlich für die Größe des Netzhautbildes im Auge und wie groß wir Dinge wahrnehmen. 1611 konstruierte Johannes Kepler ein Fernrohr mit dem Ziel den Nachthimmel zu beobachten. Objektiv und Okular sind hier beides Sammellinsen. Das Objektiv hat eine sehr große Brennweite und erzeugt ein vergrößertes, auf dem Kopf stehendes und seitenverkehrtes Zwischenbild.

Dieses Zwischenbild entsteht innerhalb der kurzen Brennweite des Okulars. So kann das Bild durch das Okular wie durch eine Lupe betrachtet und noch einmal vergrößert werden. Die Brennpunkte von Objektiv und Okular fallen hier zwischen den Linsen zusammen. Die Länge des Fernrohres groß L ergibt sich dann aus der Summe beider Brennweiten f1 und f2.

Isaac Newtons Fernrohr

Isaac Newton entwickelten in der Zeit von 1668 bis 1671 ein neuartiges Fernrohr. Dabei verzichtete er auf die Objektivlinse. Stattdessen benutzte er einen Hohlspiegel und einem Umlenkspiegel, der um 45 Grad zur optischen Achse gedreht war. Das parallele Licht wird vom Hohlspiegel gebündelt und vom Umlenkspiegel zum Okular gelenkt. Dort entsteht wieder ein reelles Zwischenbild. Das Okular ist wieder eine Sammellinse und vergrößert das Zwischenbild erneut.

Galilei-Fernrohr

Lass uns kurz vergleichen, welche Fernrohre wofür besser geeignet sind: Das Galilei-Fernrohr, bestehend aus einer Sammel- und einer Zerstreuungsliste, die vergrößerte und vor allem aufrechte Bilder erzeugen. Zudem kann es sehr kurz gebaut werden. Nachteil ist die geringe Größe der Sammellinse und die damit verbundene geringe Helligkeit und ein kleiner Bildausschnitt. Damit ist es sehr gut geeignet, um sich auf der Erde umzusehen, aber nicht um das dunkle Universum zu Sehen.

Kepler-Fernrohr

Das Kepler-Fernrohr, bestehend aus zwei Sammellinsen, die das Bild leider auf den Kopf stellen. Außerdem ist es sehr lang und unhandlich. Allerdings kann dadurch sehr viel Licht ins Auge geleitet werden und selbst dunkle Himmelskörper sind zu erkennen. Auch sind somit große Bildausschnitte möglich. Damit ist es sehr gut geeignet um Sterne am Nachthimmel zu betrachten.

Newton verzichtete schließlich ganz und gar auf eine Objektivlinse und setzte dafür einen Hohlspiegel ein. So entsteht ein aufrechtes, seitenrichtiges Bild. Es verbindet die Vorteile der Fernrohre von Galilei und Kepler heute meistverwendete Teleskop.

Abschließendes Rätsel

Abschließend bist du als Fernrohr-Entwickler gefragt. Hast du vielleicht eine Idee, wie man das auf dem Kopf stehende, seitenverkehrte Bild eines Kepler-Fernrohres umdrehen kann? Viel Spaß beim Rätseln!

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