Astronomie

Herschels Teleskop
Monika Rüger, Wissenschaftsjournalistin, München

Vom Fernrohr zum Hightech Teleskop

Ist da draußen jemand? Zur Erforschung des Alls werden seit Menschengedenken Mittel und Wege gesucht.

Sonne, Mond und Sterne haben die Menschen schon immer beschäftigt. Sie galten als Wohnsitz der Götter. Sie wurden für das Schicksal verantwortlich gemacht. Ihre Anordnung und Bewegung am Himmelszelt bestimmten die Einteilung der Zeit in Tage, Monate und Jahre. Und sie dienten als Orientierung auf Reisen, insbesondere bei der Seefahrt.

Jahrtausendelang konnte man die Himmelskörper nur mit bloßem Auge betrachten, bis 1609 Galileo Galilei als Erster ein Fernrohr für astronomische Beobachtungen einsetzte. Es wurde kurz zuvor in Holland erfunden und bestand aus einer Sammel- und einer Zerstreuungslinse. Obwohl seine optische Qualität sehr gering war – das Glas der Linsen hatte Schlieren und Färbungen –, konnte Galilei damit auf dem Mond Berge und Täler unterscheiden und am Saturn seitliche „Henkel“ ausmachen.

Keplers Klassiker

1611 schlug Johannes Kepler ein Fernrohr aus zwei Sammellinsen vor, das vom Prinzip her heute noch als „klassischer Refraktor“ oder „Keplersches Fernrohr“ verwendet wird: Die erste Sammellinse dient als Objektiv und erzeugt in der Brennebene ein reelles Bild, das mit der zweiten Sammellinse, dem sogenannten Okular, betrachtet wird. Das Bild ist umgekehrt, das heißt, es ist seitenverkehrt und steht auf dem Kopf, was allerdings in der Astronomie keine Rolle spielt.

Erste Spiegelteleskope

Das erste funktionsfähige Spiegelteleskop baute Isaac Newton im Jahre 1668: Ein konkaver Hauptspiegel fokussiert das parallel einfallende Licht zu einem konischen Bündel, das von einem unter 45° zur optischen Achse des Hauptspiegels geneigten Planspiegel zum Okular umgelenkt wird. In der Theorie waren noch mehr Bauarten für Spiegelteleskope bekannt, unter anderem der Cassegrain-Reflektor, bei dem ein konvexer Fangspiegel das vom konkaven Hauptspiegel kommende Strahlenbündel zurückwirft, wo es dann durch die zentrische Bohrung des Hauptspiegels tritt. Diese Bauform konnte aufgrund der hyperbolischen Kontur des Fangspiegels allerdings erst ab 1905 gefertigt werden. Die praktische Weiterentwicklung der Spiegelteleskope nach Newton-Bauart wurde im 18. Jahrhundert im wesentlichen von Friedrich Wilhelm Herschel geprägt. Er baute und verkaufte innerhalb von 3 Jahren 60 Teleskope mit einer hervorragenden Abbildungsqualität, entdeckte 1781 den Planeten Uranus und wurde ein Jahr später zum „Royal Astronomer“ des Greenwich Observatoriums ernannt.

Um die Vergrößerung zu steigern, wurden die Spiegelteleskope immer größer konstruiert, denn je größer die Fläche des Hauptspiegels ist, desto mehr Licht kann er sammeln. Die Leistungsfähigkeit des Spiegels hängt aber nicht nur von seinem Durchmesser, sondern auch von der Exaktheit seiner Form, seiner Oberflächengüte und seinem Reflexionsvermögen ab.

Fortschritte bei Spiegelmaterialien

Newton Teleskop
Foucault Teleskop
Bis 1835 wurden Teleskopspiegel aus polierten Metalllegierungen angefertigt. Dann erfand Justus Liebig ein Verfahren zum Abscheiden einer dichten Silberschicht auf Glas, und bald darauf bestanden Teleskopspiegel aus Glas mit versilberter Oberfläche. 1930 wurde das chemisch abgeschiedene Silber durch aufgedampftes Aluminium ersetzt. Zum einen hatten die Spiegel dadurch einen höheren Reflexionsgrad, zum anderen bildete sich eine durchsichtige Aluminiumoxid-Schutzschicht an der Oberfläche, die das für Silberspiegel typische Anlaufen verhinderte.

Spiegelträger aus Glaskeramik

Die Aluminiumschicht hat sich bis heute bewährt, beim Grundmaterial für die Spiegelträger gab es aber weiterhin bahnbrechende Neuentwicklungen. Glas hat nämlich den Nachteil, dass es sich bei Erwärmung ausdehnt und dadurch die Kontur des Spiegels „verbiegt“. Gerade bei größeren Temperaturschwankungen führt dies zu unbrauchbaren Bildern. Man versuchte also ein Material mit einer möglichst geringen Wärmeausdehnung zu entwickeln. Bei SCHOTT GLAS gelang dies mit der Glaskeramik „ZERODUR®“, ein Material das seit 1970 bevorzugt als Träger für Teleskop- und Satellitenspiegel verwendet wird.

Meilensteine der Materialentwicklung

bis 1835: Teleskopspiegel aus poliertem Metall
1835: Justus Liebig erfindet ein Verfahren zum Abscheiden einer Silberschicht auf Glas
1856: Teleskopspiegel aus Glas mit Silberschicht
ab 1930: statt Silber wird Aluminium als Reflexionsschicht verwendet
ab 1970: Spiegelträger aus „ZERODUR®“ Glaskeramik
1991-93: SCHOTT GLAS fertigt bisher größte Gussteile aus „ZERODUR®“ für das VLT (Very Large Telescope) mit 8,2 m Durchmesser