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oder

wie gut muß ein Schmidt-Cassegrain Teleskop kollimiert sein?

von Axel Martin

Fast jeder Besitzer eines Schmidt-Cassegrain Teleskops kennt das Problem: dreht man am Fokussierknopf des Teleskops, dann verschiebt sich das ganze Bild parallel um ein gehöriges Stück nach oben oder unten (je nach Drehrichtung), so daß es bei manchen Geräten zusammen mit hohen Vergrößerungen sogar schwierig sein kann, ein Objekt im Bildfeld zu behalten.

Dieses auch "Image-Shifting" genannte Problem haben alle Teleskope, die durch Verschiebung des Hauptspiegels die Schärfe einstellen. Beim Drehen am Fokussier-knopf verschiebt sich nämlich der gesamte Primärspiegel - gleichzeitig verkippt er hierbei auch je nach Qualität des Teleskops ein wenig.
"Ist mein Teleskop hierdurch überhaupt noch funktionstüchtig?", werden sich jetzt sicherlich einige Leute fragen. Hier kann ich nur beruhigen ... in den meisten Fällen sieht das Ganze nämlich viel schlimmer aus, als es in Wirklichkeit ist.
Prinzipiell besitzt jedes Schmidt-Casse-grain Teleskop dieses Shifting, nur wirkt es sich je nach Fertigungstoleranz mal mehr oder weniger stark auf die Beobachtungen aus. Ob diese Auswirkungen bei einer gestellten Aufgabe tolerierbar sind, muß jeder jedoch selbst entscheiden! Für die astrome-trischen Messungen die wir am Turtle Star Observatory mit unserem Celestron C-8 (und demnächst auch mit einem 10"-Meade) machen, ist es z.B. nicht weiter tragisch, wenn man weiß, unter welchen Umständen es auftritt...

Die Auswirkungen des Shiftings

Im optimal justierten Teleskop sollten nämlich alle Komponenten exakt senkrecht auf der optischen Achse liegen, was bei einem geshifteten Spiegel natürlich nicht mehr der Fall ist. Die Auswirkungen des Image-Shiftings auf die Spiegeljustage kann man auch tagsüber sehr gut mit der im Folgenden beschriebenen Methode selbst begutachten:

Dieses Werkzeug eignet sich übrigens auch sehr gut, um eine erste grobe Kollimation des Teleskops vorzunehmen.

Die Kollimation der Optik

Die genaue Kollimation des Teleskops wird jedoch am besten erst nachts "am echten Stern" vorgenommen!

Die Feinjustage erfolgt dann anschließend bei hohen Vergrößerungen anhand der Beugungsringe eines hellen Sterns. Auch diese müssen kreisrund erscheinen, was jedoch aufgrund des mehr oder weniger stark herrschenden Seeings manchmal recht schwierig ist. Es stellt sich mir hierbei allerdings sowieso die Frage, ob diese "Feinjustage" aufgrund des Shiftings überhaupt Sinn macht...

defokussierter Stern - © TSO

Die im Text beschriebene Kollimation des Teleskops. Das linke Teilbild (a) zeigt den im Okular zentrierten und unscharf eingestellten Stern bei dejustierter Optik. Nach dem ersten Arbeitschritt (b) ist der Ring zwar konzentrisch, jedoch liegt er nicht mehr zentral im Gesichtsfeld. Nach mehrmaliger Wiederholung der Arbeitsgänge erhält man schließlich auch in der Gesichtsfeldmitte eine konzentrische Sternabbildung (c).

Es sollte sich von selbst verstehen, daß man alle hier geschilderten Arbeitsschritte beider Methoden ohne Zenitspiegel oder Amiciprisma vornimmt, da alle diese Bauteile ihrerseits wieder optische Fehler haben können, die eine richtige Beurteilung des eigentlichen Problems unmöglich machen.

Wie zeigt sich das Ganze aber nun bei der praktischen Beobachtung?

Abgesehen von dem bereits in der Einleitung beschriebenen "Wandern" der Objekte beim Fokussieren, treten bei schwachen bis mittleren Vergrößerungen (immer den Fall eines mäßigen Shiftings vorausgesetzt) kaum Probleme auf! Tragisch wird es dagegen bei starken Vergrößerungen, wie sie z.B. bei der Mond- und Planetenbeobachtung vorkommen. Im Extremfall führt die Verkippung des Hauptspiegels hier zu einer so starken Dejustage, daß das Teleskop garnicht mehr richtig scharf zu stellen ist. Bei "normalem" Shifting ist dies zwar auch zu beobachten, jedoch werden sich die praktischen Auswirkungen meist unterhalb des herrschenden Seeings abspielen, so daß der Beobachter sie in vielen Fällen nicht wahrnehmen wird.

Die meisten weiteren störenden Auswirkungen des Image-Shiftigs treten "fast nur" bei fotografischer Nutzung des Gerätes auf ... nur bei "extrem schlechten" Geräten kommen einige von ihnen auch visuell zum Tragen:

Eta Carinae (Übersicht) - © TSO

Eta Carinae (Detail) - © TSO

Dieser hier im vollständigen Kleinbildformat - wenn auch stark in der Bildgröße reduziert - wiedergegebene Scan einer Aufnahme des Eta-Carinae-Nebels erscheint auf den ersten Bilck perfekt nachgeführt (oben). Der in Originalgröße wiedergegebene Ausschnitt (unten) des Originalscans - das volle Bild wäre dann etwa 3200 x 2500 Pixel groß, macht jedoch den durch das Image-Shifting entstandenen Nachführfehler erkennbar! In diesem Fall ist der Hauptspiegel des als Leitfernrohr fungierenden C-8 während der 30-minütigen Belichtungszeit um ca. 45" gewandert, was bei 300mm Brennweite bereits deutlich sichtbar wird. Die Aufnahme entstand auf der Farm "Niederschachsen" in Namibia.

Die Problembehebung
(ohne mechanische Eingriffe)

Visuell ist, wie bereits weiter oben gesagt wurde, dem Shifting meist einfach mit Nachfokussieren zu begegnen. Die folgenden Ausführungen zeigen, daß man, hält man nur bestimmte Vorgehensweisen ein, auch mit vorhandenem Shifting fotografisch zu guten Ergebnissen kommen kann:

Die (Selbstbau-) Lösung

Einige Firmen bieten heute die Beseitigung des Image-Shiftings als Dienstleistung an. Ich sehe es aber nicht ein, für die Behebung dieses Problems bei einer Firma viel Geld zu lassen, da man dies auch mit relativ geringen Aufwand und etwas bastlerischem Geschick selbst erledigen kann.

Als wir zu Reinigungszwecken vor einiger Zeit unserer Celestron C-8 (welches zum Glück kaum merkliches Shifting aufweist) einmal zerlegen mußten, haben wir uns auch besonders den Fokusmechanismus einmal angesehen. Dieser ist im übrigen, abgesehen natürlich von der Größe, identisch mit dem des größeren Celestron C-14, wie wir 1997 bei der Reparatur des Teleskops an der Cuno-Hoffmeister Gedächtnissternwarte in Windhoek/Namibia feststellen konnten.

Schnitt durch den Fokussiermechanismus eines SCTs - © TSO

Schematischer Schnitt durch durch die Spiegelzelle mit Fokussiermechanismus eines Schmidt-Cassegrain Teleskops. Die Zahlen beziehen sich auf die im Text beschriebenen Bauteile.

Prinzipiell besteht der ganze Fokussiermechanismus aus nichts weiter als zwei ineinandergeschobenen Rohren, die sich gegeneinander verschieben lassen! Das innere der beiden Rohre ist hierbei die interne "Gegenlichtblende" (1) der Schmidt-Cassegrain Teleskope, die fest mit der Rückseite des Tubus verbunden ist - in unseren beiden oben genannten Fällen durch ein Schraubgewinde.
Der Hauptspiegel (2) ist auf dem äußeren Rohr (3) fest angebracht, wobei im Fall des Celestron C-8 vorne etwa (geschätzt) 8cm und hinten 2cm über die jeweiligen Spiegeloberflächen überstehen.
An der Rückseite des Spiegels ist seitlich etwas versetzt noch eine Gewindestange (4) angebracht - durch drehen des Fokussierknopfes (5), dessen Lage ja fest mit der Rückwand des Teleskops (6) verbunden ist, wird der Spiegel nun nach vorne geschoben bzw. nach hinten gezogen!
Da die Kraft die durch das Ziehen bzw. Schieben der Gewindestange auf den Spiegel ausgeübt wird außeraxial angreift, wirkt jedesmal ein Drehmoment auf die Spiegelhalterung. Hinzu kommt, daß der Spiegel sich ja leicht auf der Gegenlichtblende verschieben lassen soll, also muß sein Rohr einen etwas größeren Durchmesser als diese haben. Die Folge aus diesen beiden Tatsachen ist, daß die beiden Rohre bei jeder Umkehr der Fokusbewegung gegeneinander verkippen - was eben das beobachtete Shifting verursacht!
Die Lösung des Problems ist relativ simpel - aber sie funktioniert, wie ich mich bei dem Meade 2080 eines Freundes überzeugen konnte!
Man bringt hierfür sowohl am äußersten vorderen und hinteren Rand des "Spiegelrohres" jeweils drei Teflonschrauben im 120-Winkel zueinander an, die man feinfühlig so justiert, daß der Spiegel sich noch frei bewegen läßt, aber nicht mehr verkippt!

Die alternative (Kauf-) Lösung

Besonders für rein visuelle Anwendungen ist die Installation eines Okularauszugs hinter der Spiegelzelle eine Alternative. Von JMI (Jim's Mobile Inc.) gibt es hierfür z.B. den sog. NGF-S - Fokussierer. Dieser funktioniert genauso wie ein Okularauszug an einem Newton-Teleskop. Zum Fokussieren wird jetzt also das Okular (oder die anderen Zubehörteile) und nicht der Spiegel bewegt. Hierbei wird eine Reduzierung der Bildverschiebung um 100% versprochen, was ich jedoch, wie die folgenden Überlegungen zeigen werden, als schwierig erachte, da man einen solchen Okularauszug nur auf zwei Wege realisieren kann:

In beiden Fällen hat man das Problem, daß die doch relativ schweren Zubehörteile nur am Okularauszug befestigt werden. Man muß also eine Möglichkeit finden, diesen sicher zu arretieren, damit sich der einmal eingestellte Fokus nicht wieder durch das angehängte Gewicht der weiteren Zubehörteile verstellt!
Hinzu kommt, daß sich dann der Okularauszug, der ja auch nur auf wenigen cm gelagert ist, genauso verkippen kann wie vorher der Spiegel. Das Resultat wäre dann genau das gleiche, wie vorher bei der Spiegelfokussierung...
Bei der "Originallösung" (Spiegel-fokussierung) ist das Problem mit der angeschraubten Last übrigens nicht so kritisch, da man alles Zubehör fest mit dem hinteren Teleskopende verschrauben und evtl. auch noch über die Gewinde am Tubusrand versteifen kann...
Ein eindeutiger Nachteil des Okularauszuges (zumindest gegenüber dem Selbstbau mit der Teflonschrauben) ist sein verhältnismäßig hoher Preis. Bei JMI kostet der besagte NGF-S zur Zeit z.B. um die $US 300,-!

Fazit

Bei allen theoretischen Überlegungen bleibt für mich immer die Frage, in wie weit man das Shifting überhaupt reduzieren muß, damit es nicht mehr stört...
Gerade die Fokussierung über den Hauptspiegel ist doch auch ein gewaltiger Vorteil der Schmidt-Cassegrain Teleskope den man nicht vergessen sollte! Nur so ist es z.B. möglich, den Brennpunkt des optischen Systems selbst für bis zu mehr als 200mm lange Aufbauten hinter der Spiegelzelle richtig einzustellen. Gerade bei der Fotografie mit Telekompressor, Off-Axis-Guider (und evtl. bei CCD noch einem Flipmirror) ist dies notwendig. Newton-Teleskope sind hier z.B. meist klar im Nachteil.

Und jetzt wünsche ich allen Schmidt-Cassegrain Teleskop-Besitzern viel Spaß und Erfolg beim Basteln oder Austauschen...

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