Teleskope - Vergrößerung

Inhalt:
Teleskop
Fernglas
Fotoapparat
Spiegelreflexkamera
Astrokamera

Wieviel größer ist es denn?

Diese Frage stellt sich, wenn man durch eine Optik guckt. Wenn man ein Teleskop "einfach nur" zum durchgucken kauft, ist die Frage einfach zu beantworten:

Vergrößerung = Brennweite des Teleskoplinsensystems
Brennweite des Okulars

Ein Teleskop mit der Brennweite 1500mm und einem Okular von 25mm Brennweite hat also eine Vergrößerung von 60.

Teleskop mit Standardokular 60-fach

Ich verzichte bei den folgenden Betrachtungen mal auf die Unterscheidung zwischen Spiegelteleskopen und Linsenteleskopen. Da wir an der Hauptlinse/dem Hauptspiegel nichts verändern, gelten die Betrachtungen für beide Typen in gleichem Maße.

Fernglas

Aber was bedeutet das im Vergleich zu Ferngläsern und Fotoapparaten? Auch bei Ferngläsern ist das einfach, denn Ferngläser sind im Grunde auch nur Teleskope bei denen der Hersteller das Okular fest eingebaut hat. In Regel ist die Vergrößerung auf dem Fernglas vermerkt - meist zusammen mit dem Objektivdurchmesser, beispielsweise 7x50.

7x50 bedeutet : 7-fache Vergrößerung
50mm Objektivdurchmesser

7-fache Vergrößerung bedeutet, daß die Länge - oder Höhe - eines Objektes 7 mal länger erscheint, als mit dem unbewaffneten Auge beobachtet.

Der Objektivdurchmesser sagt etwas über die Lichtmenge aus, die in das Fernglas einfallen kann und zu unserem Auge weitergeleitet wird. Eine Kenngröße für das Licht, das aus dem Fernglas austritt und dann im Auge gesehen wird, ist der Durchmesser der sogenannten Austrittspupille. Ein sinnvoller Bereich für die Austrittspupille liegt zwischen 0,5 und 7mm. Allerdings verkleinert sich im Alter die nutzbare Pupille. Im Alter von 50-60 Jahren sind nachts nur noch Irisöffnungen von 5mm realistisch.

Austrittspupille = Objektivdurchmesser
Vergrößerung

In diesem Fall wären das 50 mm / 7 = 7,1 mm. Das bedeutet, daß bei einem jungen Menschen nachts die gesamte Pupille mit dem Fernglaslicht beleuchtet werden kann - gut, um in der Dämmerung oder nachts viel zu sehen. Das Quadrat dieser Austrittspupille bezeichnet man übrigens auch als (geometrische) Lichtstärke. Mit dem Alter nimmt die Fähigkeit der Iris, sich zu öffnen ab, und es genügt auch ein kleineres Fernglas um - nichts zu sehen. ;-)

Wie groß ist es auf dem Fotoapparat?

Wenn eine eine Kamera - vorzugsweise eine kleine Digicam - so durch das Okular schaut, wie das Auge, nennt man dies afokale Projektion, da der Bildaufnehmer nicht in der Brennebene liegt. Mit der Kamera kann man auch ggf. noch in das virtuelle Bild hineinzoomen. Die wahrgenommene Größe des Objekts ist also zusätzlich noch von der Vergrößerung des Kameraobjektivs abhängig. Aber wie hängt das Kameraobjektiv mit der Vergrößerung zusammen?

Das 50mm Objektiv liefert an einer Kleinbildkamera ungefähr eine Abbildung im Maßstab 1:1. Das Negativ einer Kleinbildkamera hat eine lange Kante von 36mm. Der Chip einer kleinen Digicam - z.B. Ixus 130 - hat eine Breite von 8,8mm. Bei einem 50 mm Objektiv vor diesem Chip würde nur ein kleiner Ausschnitt des Bildes zu sehen sein. diesen Bildausschnitt würde man bei einer Kleinbildkamera erhalten, wenn man ein entsprechendes Teleobjektiv benutzen würde.

In dem Maße, in dem der Bildaufnehmer verkleinert wird, vergrößert sich also die effektive Brennweite des verwendeten Objektivs. Man spricht daher von dem Verlängerungsfaktor bzw. Cropfactor.

Verlängerungsfaktor = Negativbreite Kleinbild
Chipbreite

Im Falle unserer Ixus 130 wäre der Verlängerungsfaktor also 36mm/8,8mm, etwa 4. Bei einem Brennweitenbereich des Ixus-Objektivs von 5-20mm wären das nach Kleinbilddimensionen 4-mal soviel, also 20-80mm Brennweite. Die maximale Vergrößerung des Bildes ergibt sich aus dem Verhältnis des maximalen Zooms zur Normalbrennweite, also 80mm/50mm = 1,6. Die Gesamtvergrößerung des Systems ergibt sich dann aus der Multiplikation der einzelnen Vergrößerungen, also
1,6 (Ixus) x 60 (Teleskop mit Okular) = 96-fach.

Digicam durch Standardokular 96-fach

Spiegelreflexkamera

Statt der kleinen Digicam könnte man natürlich auch eine DSLR vor's Okular montieren. Der Vorteil der großen Eingangslinse bei der DSLR geht aber verloren, weil das Okular ja nur eine wenige Millimeter große Austrittspupille hat - etwa 7mm. Abgesehen davon ist die Montage einer schweren DSLR an einem Okular alles andere als stabil und macht das ganze zu einer ziemlich wackeligen Angelegenheit.

Und wie ist es, wenn ich nicht durch das Okular, sondern direkt durch das Fernrohr - also fokal - fotografiere? Der Bildaufnehmer läge dann ohne dazwischen montierte Linsen direkt im Brennpunkt der Eingangslinse. Ganz einfach, dann ersetze ich das 50mm Objektiv der Spiegelreflexkamera durch das Fernrohr mit z.B. 1500mm. Die Vergrößerung ergibt sich damit zu 1500mm/50mm = 30-fach.

DSLR in fokaler Projektion 30-fach

Das war ernüchternd! Mit der teuren DSLR bekommt man nur ein Drittel der Vergrößerung einer Digiquetsche!

Wenn die DSLR einen kleineren Chip hätte - also auch schon einen Verlängerungsfaktor von z.B. 1,5, dann werden aus den 30-fach immerhin schon eine 45-fache Vergrößerung. Aber leider ist dann Ende, es sei denn man schraubt einen normalen Telekonverter dazwischen. Das verringert allerdings die Lichtstärke, die Bildqualität und erhöht noch die Kosten.

Wie ist das bei einer Astrokamera?

Astrokameras sind klein und leicht und werden normalerweise statt eines Okulars montiert. Im Prinzip sind sie daher auch nicht besser gestellt als die DSLRs, die direkt am Fernrohr montiert werden. Allerdings unterscheiden sie sich von DSLR-Bildaufnehmern in drei Eigenschaften:

  • ihre Chipfläche ist viel kleiner,
  • die Pixel sind viel kleiner und
  • sie sind trotzdem lichtempfindlicher

Der Chip der ASI120MC hat eine lange Kante von 4,8 mm. Bezogen auf das Kleinbildformat bedeutet das einen Verlängerungsfaktor von 7,5 - allerdings bei weniger als einem Drittel der Auflösung im Vergleich zu unserer DSLR. Effektiv ergibt sich damit eine Vergrößerung von 7,5x0,3 = 2,25 im Verhältnis zur DSLR. Hat die DSLR bei direkter Montierung eine Vergrößerung von 30, so hat die Astrokamera eine effektive Vergrößerung von 2,25x30 = 67.

Astrokamera 67-fach

Das entspricht ungefähr der Vergrößerung wie beim Standardokular - wenn auch mit kleinerem Bildausschnitt. Hier könnte man allerdings problemlos eine Barlowlinse mit 3-facher Vergrößerung einbauen und dann hat die gesamte Apparatur eine Vergrößerung von über 200. Diese Konstruktion hätte gegenüber der afokalen Projektion mit der Digicam auch den Vorteil, daß man sich die Linsen derselben und des Okulares als Fehlerquelle und Lichtschlucker spart.

Astrokamera mit 3-fach Barlowlinse 200-fach

200-fach, und das digital gespeichert, das ist doch schon mal ganz ordentlich!

Und mit diesem Vergrößerungsfaktor kommen wir dann auch langsam in die Gegend, die ein Teleskop mit dieser Öffnung - in unserem Falle 150mm - noch auflösen kann. Die Faustregel sagt, daß die maximal sinnvolle Vergrößerung beim einfachen bis doppelten des Eingangslinsendurchmessers in Millimeter liegt. Das wären in unserem Falle also zwischen 150- und 300-fach.

normale DSLR
Fernglasblick
Ixus Teleskop
D700 Teleskop
ASI120MC
ASI120MC 3xBarlow
Bildfelder fokal
knapp 40km
optimales Wetter
 
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