Die Kollimation eines Newton-Teleskops

Da seit mehreren Wochen schlechtes Wetter vorherrscht und man hier im Köln-Bonner Raum derzeit astronomisch fast nichts machen kann, möchte ich mich diesmal mit einer Tätigkeit beschäftigen, die man üblicherweise außerhalb oder vor den eigentlichen Beobachtungsphasen durchführt: der Kollimation eines Newton-Teleskops.

Vieles ist darüber bereits geschrieben worden und dennoch tauchen regelmäßig in den Foren oder in den Facebook-Gruppen Fragen dazu auf. Deshalb möchte ich versuchen, diese Kernfragen auf möglichst einfache Weise einmal speziell für Hobbyastronomen, die erst am Beginn des Hobbys stehen, zu beantworten.

Warum muss man kollimieren?

Alle optischen Systeme, gleich ob Spiegel, Linsen oder Linsensysteme sind so berechnet, dass sie ihre optimale Leistung genau auf der optischen Achse haben. Dies ist eine gedachte Linie, die genau durch die Mitte des Spiegels, der Linsen oder Linsensysteme geht und senkrecht dazu steht. Bereits in winzigen Abständen von der Mitte oder der senkrechten Stellung kommt es zu spürbaren Verschlechterungen der optischen Qualität! Ein Newton-Teleskop besteht nun aus drei optischen Komponenten: dem Hauptspiegel, dem kleinen schräg stehenden Fangspiegel und dem Okular. Diese drei Komponenten müssen nun so zueinander ausgerichtet werden, dass das Licht auf dem optimalen Weg durch das gesamte (!) System läuft und an keiner Stelle die Bildqualität mehr als unabänderlich beeinträchtigt wird.

Das heißt, die optischen Achsen werden sozusagen ausgerichtet und übereinander gelegt. Diesen Vorgang nennt man Kollimation. Hört sich kompliziert an, ist es aber nicht…

Wie wird kollimiert?

Hierfür arbeitet man sich sozusagen vom Auge bzw. Okular aus nach vorne. Dass der Okularauszug am Newton-Teleskop sauber und rechtwinklig montiert ist, wird an dieser Stelle einfach mal vorausgesetzt. Für einen Anfänger sind Fehler an dieser Stelle kaum festzustellen und auch zu schwierig zu korrigieren. Allerdings tritt so etwas auch höchst selten auf.

Man legt zur Kollimation sein Newton-Teleskop am besten vor sich auf einen Tisch.

Schritt 1:

Schaut man ohne Okular direkt in den Okularauszug hinein, so sieht man als erstes den Fangspiegel. Obwohl der Fangspiegel elliptisch ist, sollte er durch seine 45° schräge Stellung genau kreisförmig wirken. Damit das Auge ebenfalls genau in der Mitte des Okularauszuges (jetzt kurz OAZ genannt) durchschaut, gibt es zwei Hilfsmittel.

Früher war es üblich, sich eine leere Filmdose eines Kleinbildfilmes zu nehmen, genau in die Mitte des Bodens ein kleines Loch zu bohren und dann diese Dose ohne Deckel mit der offenen Seite zuerst in den OAZ zu stecken. Das passte genau und sorgt dafür, dass man mit dem Auge wie erwünscht genau mittig hinein schaute.

Heute gibt es diese Dosen praktisch nicht mehr und so habe ich mir persönlich  einfach ein altes Billigstokular, das mal bei irgendeinem Teleskop dabei lag, genommen und sämtliche Linsen daraus entfernt. So ein Okular sollte möglichst kurzbrennweitig (4mm oder 6mm) gewesen sein, weil dann die Linsen und damit die verbleibende Öffnung klein genug sind und sich das durch die Öffnung schauende Auge genau in der Mitte befindet.

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Bild 1 : Altes Okular mit entfernten Linsen

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Bild 2 : Blick auf den Fangspiegel

In dem Blickfeld, das man nun hat, sollte der Fangspiegel kreisrund erscheinen und genau zentriert liegen. Ist dies nicht der Fall, so kann durch Lockern der mittleren Schraube oben auf der Fangspiegelhalterung und Verstellen dieser Schraube der Fangspiegel sowohl höher oder tiefer gestellt als auch nach links oder rechts verdreht werden. Die drei äußeren Schrauben dienen momentan nur dazu, den Spiegel wieder zu fixieren, wenn er in der Höhe verstellt wurde (ggf. müssen sie vorher auch gleichmäßig etwas gelockert werden, um den Fangspiegel nach oben verschieben zu können).

Man ist fertig, wenn der Spiegel wie in der Abbildung schön rund aussieht und genau mittig im Gesichtsfeld sitzt. (Hinweis: hier ist etwas Vorsicht geboten! Man sollte die mittlere Schraube nicht soweit lösen, dass der Fangspiegel abfällt!) Alles das, was man im Fangspiegel selbst erkennen kann, interessiert an dieser Stelle überhaupt nicht.

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Bild 3 : Schrauben zur Fangspiegelhalterung

Dieser erste von den drei Schritten muss später übrigens nur noch in seltenen Ausnahmefällen wiederholt werden.

Schritt 2:

Für die nächsten Schritte empfehle ich dringend den Einsatz eines Justierlasers, den man sich ggf. auch mal bei einem Astronomiefreund ausleihen kann. Man kann zwar die Kollimation des Newtons – wie häufig beschrieben –  auch weiter rein visuell durchführen, allerdings muss man dann im Fangspiegel die Spiegelung des Hauptspiegels und in diesem wieder die Spiegelung des Fangspiegels und dort wieder den Einblick im zweckentfremdeten Okular oder der Dose unterscheiden und dies ist gerade für Neulinge sehr verwirrend und frustrierend. Deshalb wählen wir den einfachen Weg und nutzen einen sogenannten Justierlaser.

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Bild 4 : zwei verschiedene Justierlaser

Der Justierlaser wird nun wie ein Okular in den OAZ eingesetzt und eingeschaltet.

Newton
Bild 5 : Strahlengang in einem Newton-Teleskop

Die Abbildung zeigt uns den prinzipiellen Strahlengang (blaue Linien) in einem Newton, in dem die parallelen Lichtstrahlen aus der Weite des Universums gebündelt und vor dem Okular fokussiert werden, mit dem das Zwischenbild anschließend wie mit einer Lupe vergrößert betrachtet wird. Gleichzeitig sehen wir die gestrichelt gezeichnete Linie des Laserstrahls (orange), der vom OAZ aus über den Fangspiegel geht, dort um 90° abgelenkt wird und auf den Hauptspiegel fällt.

Der Trick ist nun, dass der Laserstrahl genau in der Mitte des Hauptspiegels landet, denn das ist ja das anfangs beschriebene Ziel. Um diese Mitte zu erkennen, hat heutzutage praktisch jedes Newton-Teleskop einen kleinen Klebering genau in der Mitte des Hauptspiegels (der sonst zur Verstärkung von gelochten Papieren verwendet wird) aufgeklebt. Und exakt in der Mitte dieses kleinen Ringes muss unser Laserstrahl nun landen.

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Bild 6 : noch nicht zentrierter Laserstrahl

Diese Justage erfolgt wieder am Fangspiegel, diesmal jedoch mit den drei äußeren Schrauben. Der Fangspiegel wird von diesen Schrauben wie ein dreibeiniger Tisch, der ja nicht kippen kann, gehalten. Man sollte hierbei nicht mit Gewalt vorgehen. Muss eine der drei Schrauben angezogen werden, so müssen die beiden anderen üblicherweise etwas gelockert werden. Ist dieser Vorgang geschafft, so haben wir bereits den zweiten Schritt beendet und kommen zum dritten.

Bei Newton-Teleskopen mit einem Volltubus muss übrigens auch dieser Schritt nicht jedesmal durchgeführt werden. Meistens landet der Laserstrahl auch später direkt innerhalb der Markierung. Nur bei Reiseteleskopen in Gitterrahmenbauweise, wo auch der Kopf des Teleskops (der Rahmen mit Fangspiegel) immer wieder ab- und aufgebaut wird, ist dieser Schritt regelmäßig nötig.

Schritt 3:

Im dritten und letzten Schritt wird nun der Hauptspiegel des Teleskops so justiert, dass der Laserstrahl exakt in sich selbst zurückläuft (also auf der gleichen orange gestrichelten Linie). Wenn man das erreicht hat, weiß man, dass der Laserstrahl

  • genau in der Mitte des Hauptspiegels landet und
  • darauf auch exakt senkrecht steht (weil er in sich selbst reflektiert wird).

Und damit wären dann die optischen Achsen wie oben gefordert auch exakt zueinander ausgerichtet und justiert!

Zur Justage des Hauptspiegels gibt es drei (größere) Schrauben, die meist an der Unterseite angebracht sind und wie beim Fangspiegel zur Verstellung dienen. Hier sollte man es sich zur Gewohnheit machen, eine der drei Schrauben (fast) nicht zu benutzen, sondern die Einstellarbeiten nur mit den beiden anderen Schrauben auszuzführen!

Oft gibt es noch drei weitere kleinere Feststellschrauben, die den Hauptspiegel fixieren und vor der Einstellung gelöst und hinterher vorsichtig wieder angezogen werden müssen. Welche Schrauben dies jeweils sind, entnimmt man am besten der Anleitung des Teleskops.

Zur Erkennung des zurückgeworfenen Laserstrahls dient die abgeschrägte Fläche im Justierlaser (siehe Bild oben). Sieht man den Laserstrahl dort nicht, ist er also noch außerhalb, so kann man versuchen, seine Spiegelung auf dem Fangspiegel zu erkennen (geht nur bei Gitterrohr-Newtons). Ist er auch dort nicht zu sehen, so ist der Hauptspiegel sehr stark verstellt und man hält am besten ein Blatt Papier oben auf den Tubus. Hier sollte man den Punkt des reflektierten Laserstrahls dann sehen und man kann ihn nun zuerst auf den Fangspiegel lenken und dann möglichst in den OAZ auf die schräge Fläche des Justierlasers. Man sollte hierbei den Justierlaser natürlich so drehen, dass man die schräge Fläche gut erkennt, wenn man am unteren Ende des Newtons an den Stellschrauben dreht.

Optimal eingestellt ist dann alles, wenn schließlich der reflektierte Laserstrahl in der Austrittsöffnung des Lasers verschwindet.

Nun ist das eigentliche Ziel erreicht. Die optische Achse vom OAZ und vom Hauptspiegel liegen exakt übereinander und die einfallenden Strahlen werden optimal reflektiert, gebündelt und zum Okular gelenkt. Das Teleskop liefert anschließend seine bestmögliche Leistung.

Einige abschließende Hinweise:

  • Schritt 3 mit der Justierung des Hauptspiegels bewirkt möglicherweise, dass der Laserstrahl nicht mehr exakt in der Mitte auftritt. Hier muss ggf. noch einmal kurz zu Schritt 2 zurückgegangen werden.
  • Die hier beschriebene Methode erreicht in kürzester Zeit (mit etwas Übung innerhalb von 5 Minuten) ein sehr gutes Ergebnis, das für normale Beobachtungen völlig ausreicht. Geringfügig exaktere Methoden benötigen dann doch deutlich mehr Zeit.
  • Es gibt Justierlaser, die selbst nicht exakt justiert sind. Das merkt man daran, wenn man die Okularklemmung, die den Laser im OAZ hält nur ganz minimal löst und den Laser im OAZ verdreht. Beschreibt der Laserpunkt auf dem Haupspiegel dabei einen Kreis, so ist der Laser dejustiert und damit kaum brauchbar.
    Viele Justierlaser – so auch die beiden abgebildeten – können deshalb an drei gleichmäßig um den Umfang verteilten Justierschrauben (versenkt und ev. mit Silikon gesichert) nachträglich neu justiert werden. Hierfür sollte man sich eventuell die Hilfe eines erfahrenen Astrofreundes oder einer Volkssternwarte suchen.
  • Der sogenannte ‚Fangspiegelversatz‘ interessiert uns an dieser Stelle überhaupt nicht. Er beeinflusst nicht die visuelle optische Qualität und ist hauptsächlich für Astrofotografen und die gleichmäßige Ausleuchtung einer Astrokamera relevant.

Und nun viel Spaß beim Beobachten mit dem optimal kollimierten Teleskop!

One Comment
  1. Hallo an alle die Vorhaben ihr aller erstes teleskop zu kaufen oder auch für fortgeschrittene kann ich die
    Internetseite

    Teleskope-test.de

    wirklich sehr weiter empfehlen

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