Date post: | 05-Mar-2018 |
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Teleskope Refraktoren
Max Camenzind - Akademie HD - 2017
• Beobachtungsfenster Erdatmosphäre
• Optische Systeme: Auflösungsvermögen
• Refraktoren des 19. Jahrhunderts
• Teleskop-Montierungen & moderne
Observatorien: Mauna Kea, Cerro Paranal, …
• Teleskope der Zukunft GMT, TMT, EELT
• TeV Astronomie: H.E.S.S., Magic, Whipple
• Grundlagen Radioastronomie
• Optische Detektoren: CCDs & Spektrografen
Themen zu Teleskopen
• Astronomie lebt von Strahlung.
• Heute ganzes Spektrum von Radio – Gamma-
Strahlung beobachtbar.
Das elektromagnetische Spektrum
E = h n
Das Universum strahlt in allen W’Längen
Weißes Licht = Summe aller Farben
Sterne haben Farben – Fornax 5
Transparenz der Erdatmosphäre
• Hängt von Dichte- und Temperaturverlauf ab;
• Absorption durch N2, O2, O3 (Ozon), CO2, H2O;
• Streuung und Absorption an Staub
Transparenz der Erdatmosphäre
Wellenlänge
Transparenz der Erdatmosphäre
Erdatmosphäre
Beobachtungsfenster im Infrarot
(Sub)Millimeter Interferometers
ASTE telescope:
Ship to Chile ’01
Operational in ’02
SIS receivers
Superconducting
submm camera
Transparenz im sub-mm Bereich
Alma
ALMA Chile ESO Projekt
ALMA = Atacama Large Millimeter Array: Sajnantor Chile: ~
64 x 12 Meter Tische Basis Linien: 150 Meter bis 10 km
CBI (CMB)
Atacama
ALMA
Problem - Lichtverschmutzung
Lichtverschmutzung Europa
Anforderungen an astronomische Teleskope:
– Grosses Lichtsammelvermögen, bestimmt durch die
Fläche der freien Öffnung.
– Hohes Auflösungsvermögen.
• Definiert durch der Winkelabstand zweier gerade noch
trennbarer Objekte (z.B. Doppelstern).
• Im Wellenbild entsteht Abbildung durch die Interferenz
der auf den Brennpunkt zulaufenden Wellen.
Nur für unendlich große
Öffnung ist die konstruktive
Interferenz auf einen Punkt
begrenzt.
Interferenzmuster analog
Einzelspalt.
Optische Grundlagen - Teleskope
Beugung an
Kreis-Öffnung:
Airy-Scheibe
(1835)
Punktquelle
wird auf Scheibe
abgebildet
sin d = m l/D
1. Min m = 1,220
2. Max m = 1,635
Teleskop Auflösungsvermögen
z
r
Beugung an Kreisblende nach Sir George Biddell Airy 1835
Teleskop Auflösungsvermögen
IRAS 1983 ISO 1995 Spitzer 2003
Schlechte Auflösung verschmiert die Quellen.
Verfälschung der Strukturen.
Auflösungseffekte
Auflösungseffekte VLT – E-ELT
Grafik: ESO
Beugungs-
strukturen
Teleskop
• Die Auflösung astronomischer Fernrohre ist beugungsbegrenzt. Die Form der Teleskopöffnung spiegelt sich in den Beugungsscheibchen der punktförmigen Sterne wider, die auf dem Detektor aufgezeichnet werden.
• Beispiel: Aufnahme von Sternen mit dem Hubble-Teleskop (Abb). Obwohl die Beugungsscheibchen gleich groß sind, erscheinen aufgrund von Überstrahlungen im Aufnahmematerial helle Sterne größer. Die ausgedehnten sternförmigen Spikes entstehen durch Beugung an den rechtwinklig angeordneten Fangspiegelstreben im Strahlengang.
• Aufsteigende Blasen in Atmosphäre schnelle Bewegungen und Helligkeitsveränderungen (konvektive Elemente > Teleskopdurchmesser).
• Brechung an Inhomogenitäten Flickering.
• Punktquelle Seeing-Scheibchen ausgeschmiert.
• Bestes Seeing: Mauna Kea (Hawai), Paranal (Chile):
• 0,´´5 – 0,´´6 (50 % der Zeit), 0,´´25 optimal.
Zeit
Bei kurzer
Belichtung
wandert eine
Punktquelle
hin und her
Seeing
Szintillation und Seeing
Seeing wird durch die
Halbwertsbreite des Bildes einer
Punktquelle angegeben.
Beste Standorte (Chile, Hawaii) in
sehr guten Nächten: ca. 0,5“.
Das Seeing
• Historisch und bis heute wichtigster
Wellenlängenbereich.
• Auge:
– Wellenlängenbereich: 400 - 800 nm
– Öffnung: bis 7 mm
– Auflösung: ca. 1 Bogenminute
– Grenzhelligkeit ca. 6 mag.
Das Auge als optisches Teleskop
Optische Teleskope: Refraktoren
• Geschichte: – Erstes Teleskop: Hans Lippershey 1608
– Erste astronomische Nutzung : Galileo Galilei 1609
Heutiges Linsenteleskop (Refraktor)
beruht auf dem Kepler´schen Fernrohr:
Sammellinsen als Objektiv und Okular
Vergrösserung: V = fobj/fOku
Probleme von Linsenfernrohren:
- Chromatische Aberration
(Brechungsindex ist Funktion von l)
- Durchmesser auf 1m begrenzt.
Optische Teleskope: Refraktoren
Galilei erklärt sein Teleskop
Kepler Fernrohr (1611) rotiertes Bild
• f = fOb / D Öffnungsverhältnis, ~ 10 - 20
• Vergrösserung V = fOb / fOk 8 mm Auge
Das Kepler Fernrohr
Galilei – Kepler Teleskope
Newton
~ 1680
mit
Newton
Fokus
Kepler
1611
Strahlengang Refraktor / Spiegel
400 Jahre Teleskop-
Entwicklung
Galilei Galileo 1609 Johannes Kepler 1611
Refraktoren
Reflektoren
Typischer Refraktor
Galileo Galilei * 15. Februar 1564 in Pisa; 1592-1610 Padua;
† 8. Januar 1642 in Arcetri bei Florenz
• Teleskope neue Erkenntnisse:
• Struktur der Mondoberfläche
• Sonne hat Flecken (!)
• Venus zeigt Phasen (!)
• Jupiter hat Monde (!)
• Milchstraße aus Sternen
Galilei Monde
Größenvergleich
Im Argelanderturm in Bonn bis 1954 Hoher List in der Eiffel
18. Jh.: Zeit der Refraktoren Schröder Refraktor (1784)
• Geschichtliche Entwicklung: – 18. Jh.: erstes Großteleskop (Herschel)
– 19. Jh.: Zeit der großen Linsenfernrohre
– 1917: Mt. Wilson 100 Zoll (2,5 m) “Hooker” • Nachweis des extragalaktischen Ursprungs der Spiralnebel
(Hubble 1925).
• Entdeckung der Expansion des Universums (Hubble 1929)
• Auflösung des Andromedanebels in Einzelsterne (Baade 1942).
– 1948: Mt. Palomar 200 Zoll (5m) „Hale Teleskop“
– 1976: Selentschuk im Kaukasus (6m) • Erster Spiegel: Fehlproduktion
• Auch heute noch mechanische und thermische Probleme
– 70er, 80er Jahre: mehrere 3,5 - 4m Teleskope • ähnliche Bauart wie Mt. Palomar, nun auch in Europa:
• z.B. Calar Alto 3,5m, ESO 3,6m, AAT 3,9m, Kitt Peak 4m
Von Stadt- zu Berg-Observatorien
Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822)
• Entdeckte den siebten
Planeten Uranus (1781).
• „Erfinder“ des astronomi-
schen Großteleskops 1789.
• Hat sich nicht durchgesetzt.
46 Meter Fokallänge J. Hevelius
• Entdeckte die
Spiralstruktur
von Messier 51.
• Zwischen 2
Mauern gebaut.
• Hatte keine
Nach-
führmechanik.
William Parson, Earl of Rosse Birr (Irland), 36 Zoll, 1845 eingweiht
Leviathan 2005 Nachbau in Birr (Irland)
Lord Rosses Whirlpool Galaxy
Royal Greenwich Observatory *1675
Lick Observatorium um 1900 Erstes Bergobs 1988 erbaut Great Lick Refractor
36 Zoll Refraktor Lick Observatorium
“Einstein-Sonnenfinsternis” 21.9.1922
William Campbell
Direktor Lick
Observatorium
hat erfolgreich
1922 die
Lichtablenkung
an der Sonne
gemessen
Heutiges Lick Observatorium
Lick Observatorium 3-m Shane Teleskop
und dem 2,5-m Planet Finder
3-m Shane Lick Observatorium 1959
Ausgehendes 19. Jahrhundert Blütezeit der Refraktoren
Observatoire de Paris 1889 (Grande Lunette, Meudon 33 Zoll)
Grande Lunette Weltausstellung 1900 Öffnung: 1,25 m; Fokallänge: 57 m; Demos
Wien 1888
Wien 1888: 27 Zoll (68 cm) Öffnung 10,5m Brennweite
Potsdam Babelsberg
Eingeweiht wurde der Große Refraktor am 26. August
1899 in Anwesenheit von Kaiser Wilhelm II als
Hauptteleskop des Astrophysikalischen
Observatoriums Potsdam. Damals wie auch heute ist
er das viertgrößte Linsenfernrohr der Welt, als
fotografisch korrigierter Refraktor sogar das größte.
Das Teleskop ist ein Doppelrefraktor, der zwei fest und
parallel miteinander verbundene Fernrohre auf einer
parallaktischen Montierung vereinigt. Er besteht aus
einem fotografischen Fernrohr mit einem
Linsendurchmesser von 80 Zentimetern und 12,2
Metern Brennweite und einem optischen Fernrohr von
50 Zentimetern Durchmesser und einer Brennweite
von 12,5 Metern für unmittelbare Sternbeobachtungen.
Erfolge verzeichnete der Große Refraktor
insbesondere bei der Messung von Doppelsternen
nach photometrischen Verfahren.
Potsdam
80 cm
12,0 m
Thaw
Pittsburgh
30 Zoll
Refraktoren - Linsenteleskope
Großer Refraktor in Nizza 1888
76-cm-Refraktor Observatoire de Nice
Das Yerkes Observatorium Yerkes Observatorium ist ein Institut des
Department of Astronomy and Astrophysics
der University of Chicago (Lake Geneva, 1897).
Yerkes Refraktor (1897): 40 Zoll Öffnung (102 cm), f = 19,4 m
Refraktoren – das Meisterstück
Refraktoren sind ausgestorben