Miranda - ein 12" Ritchey Chrétien Cassegrain Teleskop

(Vorläufige Dokumentation)

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1. Die Vorplanung

Da ich bei diesem Teleskopprojekt keine Eile habe, zieht sich die Vorplanung schon seit einer geraumen Zeit hin. Bei dieser Vorplanung geht es in erster Linie darum, genau zu ergründen, welche Anforderungen ich an mein nächstes Teleskop habe, und wie ein Teleskop aussehen muss, dass diese Anforderungen optimal erfüllen kann.

1.1. Allgemeine Anforderungen

1.1.1. Bevorzugte Beobachtungsobjekte: Seit ich im Sommer 1986 vom Gabal Musa im Zwielicht der aufgehenden Morgensonne zum ersten Mal seit Ikeya-Seki (C/1965 S1) wieder einen wirklich großen Kometen am Horizont aufgehen sah, gehören die Schweifsterne zu meinen bevorzugten Beobachtungsobjekten. Den Halleyschen Kometen (1P/Halley) sah ich an diesem Morgen zwar zum ersten und auch letzen Mal, aber es sind inzwischen viele viele weitere Kometenbeobachtungen hinzu gekommen. Als Krönung war es mir sogar vergönnt einige neue Kometen in den Bildern der Sonnenbeobachtungs-Sonde "Soho" zu entdecken. Natürlich kann ich nicht ernsthaft erwarten von meinem Standort (53°N) in der unmittelbaren Nähe Bremens eine visuelle Kometenentdeckung auf meine Fahnen schreiben zu können, trotzdem bleibt das wohl der geheime Wunsch eines jeden Kometenjägers. Das Hauptaugenmerk beim optischen Design des neuen Teleskops soll deshalb darauf ausgerichtet werden, ein Teleskop für die visuelle und fotografische Beobachtung von bekannten Kometen und die Suche nach neunen Kometen zu konzipieren.

Als weitere wichtige Einsatzgebiete möchte ich die Beobachtung von Kleinplaneten und dazu ganz allgemein die "Deep Sky" Astronomie nennen. Die Beobachtung von Sonne, Mond und großen Planeten interessiert mich dagegen nicht so sehr.

1.1.2. Qualität: Sowohl für die Planung als auch für die Herstellung dieses Teleskops steht in ausreichendem Maße Zeit zur Verfügung, deshalb gibt es keinen Grund bei der optischen oder mechanischen Qualität irgendwelche Kompromisse einzugehen. Dieses soll insbesondere auch für alle verwendeten Materialien und den Herstellungsprozess gelten.

1.1.3. Komfort: Ich gehe davon aus, dass dieses das größte Teleskop sein wird, dass ich jemals bauen werde. Es ist zu erwarten, dass ich es auch in fortgeschrittenem Alter noch regelmäßig benutzen werde. Deshalb muss es den größten möglichen Komfort bieten. Dazu gehört insbesondere eine bequeme Einblickposition und eine entspannte Nachführung auch bei höchsten Vergrößerungen. Deshalb ist auch die Idee dieses Projekt mit einer festen Sternwarte im Garten zu verbinden nicht völlig abwegig. Da mir auch die "Sesselastronomie" (z.B. Suchen von Kometen in den Bildern der SOHO Sonde) großen Spaß bereitet, möchte ich mir die Option offen halten, das Teleskop über ein Netzwerk ferngesteuert oder sogar automatisiert betreiben zu können.

1.1.4. Handwerkliche Herausforderung: Bei meinen bisherigen Teleskopen war das grundlegende optische Design immer schon von Anfang an festgelegt - es waren Newton Reflektoren auf Dobson Montierungen. Da ich mir bei der Realisierung des aktuellen Projektes keinerlei zeitliche Zwänge auferlegen möchte, besteht die Möglichkeit einmal einen anspruchsvolleren Teleskoptyp in Angriff zu nehmen.

1.1.5. Machbarkeit: Obwohl ich mir ein Scheitern des Projektes während der Bauphase durchaus zugestehen würde, möchte ich doch so gut wie möglich sicherstellen, dass es nicht zu einer solchen Situation kommt. Es muss also frühzeitig darauf geachtet werden, dass nirgends unüberbrückbare Hindernisse auftreten. Solche Hindernisse könnten z.B. durch mangelnde Transportabilität oder zu hohes Gewicht einzelner Komponenten oder des gesamten Teleskops, durch zu hohe Kosten und nicht zuletzt durch zu anspruchsvolle technische und handwerkliche Herausforderungen entstehen.

1.2. Optische Anforderungen

Aus den oben genannten Anforderungen an das neue Teleskop ergeben sich wie von selbst ein paar Anforderungen an die technischen Daten des neuen Teleskops.

1.2.1. Öffnung: Wie ich schon angedeutet habe, erwarte ich nicht wirklich, dass es möglich ist, bei der Entdeckung neuer Kometen mit den automatischen Survey-Projekten wie z.B. NEAT oder LINEAR mithalten zu können. LINEAR benutzt zur Zeit (Sommer 2004) ein Primärfokus Cassegrain Teleskop mit einer Öffnung von einem Meter, NEAT benutzt ein Teleskop mit einer Öffnung von 1,2 Metern. Diese Werte übersteigen in mehrfacher Hinsicht klar meine Anforderungen (Machbarkeit, Komfort etc.). Trotzdem bleibt die Tatsache, dass das neue Teleskop eine möglichst große Öffnung besitzen soll, um soviel Licht der teilweise sehr schwachen Objekte sammeln zu können wie nur möglich..

Die Größe der Öffnung wird u.a. durch die folgenden Faktoren begrenzt. Zu einen sind da natürlich Gründe des Seeings zu nennen. Diese möchte ich jedoch zunächst noch zurück stellen. Eine weitere Einschränkung erfährt die Öffnung durch die Machbarkeit. Irgendwo im Bereich zwischen 16" und 24" dürfte die Machbarkeitsgrenze für einen "normalen" Amateur aus technischer Sicht erreicht sein. Noch engere Grenzen setzt der Komfort sowohl beim Bau, beim Transport als auch beim Betrieb eines sehr großen Teleskops. Nach meiner Einschätzung wird diese Grenze nicht selten bereits von Teleskopen überschritten, die eine Öffnung von nur 14 Zoll aufweisen.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist natürlich auch der Preis für das Gesamtprojekt. Ein großer Teil der Gesamtkosten aber auch des Gesamtgewichts wird durch die Optik verschlungen. Um die Kosten in verträglichen Grenzen zu halten setze ich die angestrebte Öffnung an dieser Stelle etwas willkürlich auf ca. 12" bis 16" (300mm bis 400mm) fest.

1.2.2 Öffnungsverhältnis: Aus unterschiedlichen Gründen ist es wünschenswert das Öffnungsverhältnis groß (das heißt die Öffnungszahl klein) zu halten. Unter anderem ergibt sich dieses aus der Notwendigkeit in der kurzen Zeit der Morgen- und Abenddämmerung einen relativ großen Himmelsausschnitt absuchen zu müssen (Viele Kometen werden nahe ihres Perihel entdeckt). Das neue Teleskop sollte also ein möglichst großes Feld ohne nennenswerte optische Fehler zeigen können. Andererseits werden Kometen heute häufig schon im Bereich unterhalb einer Helligkeit von 20mag gefunden. Um diese Objekte sichtbar werden zu lassen sind sehr hohe Vergrößerungen und das damit verbundene kleinere Gesichtsfeld von Nöten. Als guter Kompromiss sollte das neue Teleskop deshalb ein Öffnungsverhältnis um ca. f/8 besitzen.

1.2.3 Kontrast: Meine bevorzugten Beobachtungsobjekte sind häufig sehr schwach und dazu noch diffus. Das Teleskop muss also soviel Kontrast bieten, wie nur irgendwie möglich ist.

1.3. Der Teleskoptyp

Anhand der genannten Anforderungen an das neue Teleskop können etliche große Gruppen von Teleskopen schon von Anfang an ausgeschlossen werden:

Das gemeinsame Merkmal der Cassegrain Teleskope ist ein konkaver Hauptspiegel, der das Licht auf einen konvexen Fangspiegel fokussiert. Von dort aus wird das Licht zurück durch eine zentrale Bohrung im Hauptspiegel auf die Brennebene reflektiert.

Strahlengang im Cassegrain Teleskop
Beim klassischen Cassegrain kommt ein parabolischer Hauptspiegel und ein hyperbolischer Fangspiegel zum Einsatz. Bei diesem Design treten systembedingt Astigmatismus, Koma und eine Krümmung des Feldes auf. Im Jahre 1905 veröffentlichte Karl Schwarzschild einen Satz Formeln, mit denen die Charakteristika von Zwei-Spiegel-Teleskopen mathematisch beschrieben werden konnten . Wendet man diese relativ einfachen Formeln auf das Cassegrain-Design an, so kann man durch verändern der konischen Konstanten der beiden Spiegel sehr schön die Off-Axis-Fehler beherrschen. Beim Ritchey-Chrétien wird nun genau dieser Trick angewendet. Der Hauptspiegel geht in seiner Form leicht über die Parabel hinaus und wird hyperbolisch. Die entstehenden Fehler werden kompensiert, indem der Fangspiegel sogar noch hyperbolischer wird. Durch diese Korrektur ist der Ritchey-Chrétien absolut frei von Koma. Allerdings muss dafür ein geringfügig größerer Astigmatismus in Kauf genommen werden. Die relativ starke Bildfeldwölbung, die allen Cassegrain Teleskopen eigen ist, wird ohne zusätzliche Elemente nicht behoben.

Die beiden anderen Varianten dieser Gattung (Pressmann-Camichel mit einem sphärischen Hauptspiegel und einem ellipsoidalen Fangspiegel, sowie Dall-Kirkham mit einem ellipsoidalen Hauptspiegel, und einem sphärischen Fangspiegel) habe ich nur kurz in Erwägung gezogen, weil die Berechnungen zeigten, dass beide nicht die gewünschte optische Qualität über ein großes Feld bieten können.

Da der Ritchey-Chrétien ein noch größeres beugungsbegrenztes Feld bietet als der Klassische Cassegrain und damit mechanisch kürzer und mit geringerer Brennweite gebaut werden kann, entscheide ich mich letztlich für diesen Typ. In der weiteren Planung muss ich ermitteln, ob für den gewünschten Einsatzbereich evtl. ein Fokal Reducer (evtl. auch in Verbindung mit einem Field Flattener) gebaut oder angeschafft werden soll. Aus den Resultaten der ersten Berechnungen ergibt sich ein angestrebtes Öffnungsverhältnis des Systems von etwa f/7 bis f/9. Um das Teleskop möglichst kurz zu halten sollte das Öffnungsverhältnis des Hauptspiegels über f/3 liegen. Andererseits sollte es aus Fertigungstechnischen Gründen jedoch nicht über f/2 liegen.

1.4. Mechanische Komponenten

1.4.1. Tubus: Als Tubus könnte ein Volltubus oder eine Konstruktion in Trussbauweise (offener Serrurier-Tubus) in Frage kommen. Da bei der Trussbauweise wesentlich geringere Seeingprobleme zu erwarten sind, entscheide ich mich für diese Möglichkeit. Über die genaue Auslegung des Tubus soll jedoch zu einem späteren Zeitpunkt entschieden werden.

1.4.2. Montierung: Da das Teleskop auch fotografisch genutzt werden soll, muss die Bildfelddrehung ausgeglichen werden. Dieses kann entweder durch einen Instrument Rotator (bei Meade heißen sie Field Derotator) geschehen oder es ist notwendig das Teleskop parallaktisch zu montieren. Zunächst hatte ich zwar eine Altazimuth Montierung favorisiert. Nach einer Diskussion zu diesem Thema im Diskussionsforum des Astrotreff entschied ich mich dann aber doch für die etwas aufwändiger zu bauende parallaktische Montierung. Es gibt zwar eine große Vielfalt an Möglichkeiten ein Teleskop parallaktisch zu montieren (Deutsche Montierung, Englische Montierung, Englische Rahmenmontierung, Hufeisenmontierung usw.), bei einem Teleskop der angestrebten Größenordnung führt aber meiner Ansicht nach kein Weg an einer Gabelmontierung vorbei.


 


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