Das astronomische Fernrohr ist ein optisches Instrument und wird oft als Linsenfernrohr oder Refraktor bezeichnet. Sinn und Zweck ist es, weit entfernte Objekte zu vergrößern, um sie so zu sehen, als würde die Distanz deutlich geringer sein.
Erreicht wird dies mit einer geschickten Kombination optischer Linsen. Um die dazu nötige Länge des Fernrohrs handlich verkürzen zu können, bedient man sich der zusätzlichen Verwendung von Prismen und Spiegeln, die zugleich dafür sorgen, dass die Abbildung nicht auf den Kopf gestellt erscheint. Neben den Fernrohren spielen bei den optischen Teleskopen auch die astronomischen Spiegelteleskope eine wichtige Rolle.
Aufbau und Funktion eines astronomischen Fernrohrs
In Abhängigkeit davon, wie die Lichtstrahlen durch die Linsen des Fernrohrs geführt werden, spricht man entweder von einem Galilei- oder Kepler-Fernrohr. Damit zum Beispiel der Mond mit seinen Kratern beim Blick durchs Fernrohr nicht auf den Kopf gestellt erscheint, muss das Fernrohr mit zusätzlichen optischen Elementen versehen werden.
Um eine möglichst große Vergrößerung zu erzielen, braucht ein Fernrohr eine besonders lange Brennweite. Das wird irgendwann sehr unhandlich. Daher wird der Strahlengang im Inneren des Fernrohrs durch Spiegel gefaltet, um auf diese Weise eine erstaunlich kurze Bauform zu realisieren.
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Das Galilei-Fernrohr
Das „holländische Fernrohr“ wurde ungefähr 1608 von Hans Lipperhey, einem deutsch-niederländischen Brillenmacher erfunden. In etwa gleichzeitig beschäftigten sich auch Zacharias Janssen und Jacob Metius mit diesem Thema und sollten daher fairerweise im gleichen Atemzug genannt werden. Sogleich danach griff der Mathematiker und Physiker Galileo Galilei diese Erfindung begeistert auf, um sie noch weiter zu entwickeln.
Das Objektiv besteht aus einer konvexen Sammellinse. Das Okular, also jene Position, wo man mit dem Auge durchguckt, ist dagegen eine Zerstreuungslinse, allerdings mit einer kleineren Brennweite. Das Okular besitzt daher eine negative Brennweite. Es muss im Bereich der Brennweite des Objektivs derart platziert werden, dass beide Brennpunkte, also jene des Objektivs und jene des Okulars auf der Beobachterseite zusammentreffen.
Auf diese Weise entsteht ein virtuelles, seitenrichtiges und aufrechtes Bild, allerdings ist das Sichtfeld stark eingeengt. Ein Opernglas ist typischerweise ein Galilei-Fernrohr.
Das Kepler-Fernrohr
Kommen wir zum eigentlichen astronomischen Fernrohr. Dessen Bauweise wurde von Johannes Kepler im Jahre 1611 veröffentlicht, sofern man in dieser Zeit überhaupt schon von Publikation sprechen kann. Er verwendete auch für das Okular die konvexe Sammellinse, ebenfalls mit einer geringen Brennweite. Addiert man die Brennweiten von Okular und Objektiv, ergibt sich deren Abstand in der Anordnung. Der Vorteil dieser Konstruktion liegt unter anderem darin, dass das Gesichtsfeld deutlich ausgedehnter ist als beim Galilei-Fernrohr.
Ob es tatsächlich Johannes Kepler war, der diesen Fernrohrtyp erfunden hat, wird zuweilen bezweifelt. Auf jeden Fall wird dieser Strahlenverlauf sowohl in der Astronomie als auch in der Geodäsie zum Beispiel bei der Vermessung mit dem geodätischen Theodolit genutzt. Das erste Kepler-Fernrohr wurde übrigens um das Jahr 1613 von dem Jesuiten Christoph Scheiner gebaut.
Der Nachteil ist hier, das sich der Strahlengang innerhalb des Instruments kreuzt mit der Folge, dass das Objektiv ein Bild erzeugt, das sowohl auf dem Kopf steht als auch seitenverkehrt ist. Das reale Bild wird also um 180 Grad gedreht.
