Teleskope

Als Galileo Galilei 1609 zum ersten Mal ein Fernrohr auf den Himmel richtete, begann eine Serie von Entdeckungen: erst Berge auf dem Mond, wenige Wochen später, im Januar 1610, vier Monde um Jupiter, dazu unzählige Sterne in der Milchstraße, die vorher niemand einzeln gesehen hatte. Sein Instrument war schlechter als jedes heutige Spielzeugfernrohr. Seitdem sind Teleskope zu den mächtigsten Augen der Menschheit geworden, und ihr wichtigster Job ist nicht der, den die meisten vermuten.

Licht sammeln statt vergrößern

Der häufigste Anfängerfehler: ein Teleskop nach der Vergrößerung auszusuchen. Das eigentliche Problem am Nachthimmel ist aber nicht, dass die Objekte zu klein wären, sondern dass sie zu lichtschwach sind. Ein Teleskop ist vor allem ein Lichttrichter: Je größer seine Öffnung, desto mehr Licht fängt es ein, und die gesammelte Lichtmenge wächst mit dem Quadrat des Durchmessers. Deine dunkeladaptierte Pupille öffnet sich auf etwa 7 mm. Schon ein kleines Teleskop mit 70 mm Öffnung sammelt hundertmal mehr Licht und zeigt dir damit Sternhaufen und Nebel, die für das bloße Auge unsichtbar bleiben.

Linse oder Spiegel

Es gibt zwei Grundbauarten. Der Refraktor bündelt das Licht mit einer Linse vorn im Tubus, so wie Galileis Fernrohr. Der Reflektor sammelt es mit einem gewölbten Spiegel am hinteren Ende, diese Bauform hat Isaac Newton 1668 erfunden. Linsen haben einen Haken: Sie brechen verschiedene Farben unterschiedlich stark, was Farbsäume erzeugt, und große Linsen verbiegen sich unter ihrem eigenen Gewicht, weil man sie nur am Rand halten kann. Ein Spiegel reflektiert alle Farben gleich und lässt sich von hinten abstützen. Deshalb sind alle Großteleskope der Welt Spiegelteleskope.

Auflösung: Details erkennen

Die zweite Stärke einer großen Öffnung ist die Auflösung, also die Fähigkeit, feine Details und eng beieinanderstehende Sterne zu trennen. Sie ist durch die Wellennatur des Lichts begrenzt: Je größer die Öffnung, desto feinere Winkel kann ein Teleskop unterscheiden. Solche Winkel gibt man in Bogensekunden an, ein Grad hat 3600 davon, und eine Bogensekunde ist etwa so breit, wie eine Ein-Euro-Münze aus 5 km Entfernung erscheint. Die Vergrößerung ist dagegen leicht zu ändern: Sie ist die Brennweite des Teleskops geteilt durch die Brennweite des Okulars, ein anderes Okular genügt also. So kannst du ein Bild fast beliebig stark vergrößern, aber ab einem gewissen Punkt wird es nur noch größer und matschiger, weil keine neuen Details mehr dazukommen. Es ist wie bei einem Digitalfoto: Die Öffnung legt fest, wie fein das Raster der Bildinformation ist, und Aufblasen erzeugt keine neuen Pixel.

Auf Berge und ins All

In der Praxis begrenzt meist nicht das Teleskop die Bildschärfe, sondern die flimmernde Luft darüber, dieselbe, die Sterne funkeln lässt. Deshalb stehen die großen Observatorien auf hohen Bergen wie dem Mauna Kea auf Hawaii in rund 4200 m Höhe oder in der chilenischen Atacamawüste: Dort liegt ein großer Teil der unruhigen, feuchten Luft unter dem Teleskop, und die Nächte sind dunkel und klar. Der radikalste Schritt führt gleich ganz aus der Atmosphäre hinaus. Das James-Webb-Teleskop arbeitet mit seinem 6,5 m großen Spiegel rund 1,5 Millionen km von der Erde entfernt und beobachtet im Infraroten. So blickt es durch Staubwolken hindurch und empfängt das Licht der allerersten Galaxien, das die Ausdehnung des Universums auf seiner Milliarden Jahre langen Reise ins Infrarote gedehnt hat.