Brennweite Spiegelteleskop: Grundlagen und Teleobjektiv

Öffnungsverhältnis: Brennweite geteilt durch Öffnung

Das Öffnungsverhältnis ist die Brennweite geteilt durch die Öffnung und wird wie die Blendenzahl bei Kameraobjektiven als f/ geschrieben. Ein Spiegel mit 200 mm Durchmesser und 800 mm Brennweite hat f/4, mit 1600 mm Brennweite f/8. Die Rechnung ist dieselbe wie bei der Lichtstärke eines Teleobjektivs: Brennweite durch Eintrittsöffnung ergibt die Blendenzahl.

Ein kleines f/-Verhältnis heißt „schnell“: Auf dem Sensor wird ein flächiges Objekt wie ein Nebel in kürzerer Zeit hell. Ein großes f/-Verhältnis gilt als „langsam“ und belichtet länger, bildet aber stärker vergrößert ab. Die gesammelte Lichtmenge des Objekts insgesamt hängt allein von der Öffnung ab. Es ist ein verbreiteter Irrtum, dass eine kurze Brennweite „mehr Licht sammelt“. Sie verteilt dasselbe Licht nur auf eine kleinere Bildfläche.

Vergrößerung und Gesichtsfeld beim Okular

Beim visuellen Beobachten bestimmen Teleskop und Okular gemeinsam, wie stark vergrößert wird. Die Formel lautet: Vergrößerung = Brennweite des Teleskops / Brennweite des Okulars. Ein kürzeres Okular vergrößert stärker, ein längeres schwächer.

Drei Beispiele mit gleicher Öffnung von 200 mm zeigen den Zusammenhang:

• Brennweite 1600 mm mit 4-mm-Okular: 400-fach.
• Brennweite 800 mm mit 4-mm-Okular: 200-fach.
• Brennweite 800 mm mit 2-mm-Okular: 400-fach.

Dasselbe Ergebnis lässt sich also mit kurzer Brennweite und sehr kurzem Okular oder mit langer Brennweite und moderatem Okular erreichen. Die zweite Variante ist bequemer, weil kurzbrennweitige Okulare oft ein enges Sichtfeld und wenig Augenabstand bieten.

Zwei Faustregeln begrenzen die sinnvolle Spanne. Die kleinste nützliche Vergrößerung beträgt etwa Öffnung in Millimetern geteilt durch 7, weil das Austrittsbündel sonst größer als die dunkeladaptierte Pupille wird. Die größte sinnvolle Vergrößerung liegt grob beim Doppelten der Öffnung in Millimetern. Bei 200 mm sind das etwa 29-fach bis 400-fach. In der Praxis begrenzt oft die Luftunruhe schon früher.

Das Gesichtsfeld folgt dem Okular: wahres Gesichtsfeld = scheinbares Gesichtsfeld des Okulars / Vergrößerung. Ein Okular mit 50 Grad scheinbarem Feld zeigt bei 100-facher Vergrößerung etwa 0,5 Grad, ungefähr so viel, wie der Vollmond am Himmel misst.

Lange und kurze Brennweite im Vergleich

Die Tabelle beschreibt Tendenzen. Welche Kombination sich eignet, hängt von Öffnung, Okularen, Himmelsqualität und Beobachtungszielen ab.

Brennweite in der Astrofotografie

Mit Kamera am Teleskop bestimmt die Brennweite den Abbildungsmaßstab. Wie viele Bogensekunden ein Pixel abdeckt, lässt sich grob berechnen: Pixelgröße in Mikrometern mal 206,3, geteilt durch die Brennweite in Millimetern. Bei 4 Mikrometern Pixelgröße und 800 mm Brennweite ergibt das etwa 1 Bogensekunde pro Pixel. Mit 1600 mm halbiert sich der Wert, das Objekt wird doppelt so groß abgebildet.

Lange Brennweiten verlangen eine präzise Nachführung. Fehler der Montierung fallen im Bild stärker ins Gewicht, und die Luftunruhe begrenzt den Detailgewinn. Kurze Brennweiten sind toleranter, bilden aber kleinere Objekte klein ab. Wer große Nebel auf einem Bild haben will, benötigt eine kurze Brennweite oder einen entsprechend großen Sensor.

Was für Kamera und Teleobjektiv gilt

Viele Zusammenhänge entsprechen denen am Kameraobjektiv. Der Bildwinkel ergibt sich aus Brennweite und Sensorgröße, der Ausschnitt schrumpft mit wachsender Brennweite, und die Blendenzahl ist Brennweite durch Öffnung. Auch der Crop-Faktor wirkt gleich: Ein Teleobjektiv mit 600 mm zeigt an APS-C etwa den Ausschnitt eines 900-mm-Objektivs am Kleinbild.

Ein Beispiel verdeutlicht die Größenordnung. Der Vollmond misst am Himmel etwa 0,5 Grad. Ein Objektiv mit 600 mm Brennweite erfasst am Kleinbild in der Bildbreite rund 3,4 Grad. Der Mond erscheint damit nur etwa ein Siebtel so breit wie das Bild. Für füllende Mondaufnahmen ist deshalb mehr Brennweite oder ein beschnittener Ausschnitt nötig. Ein Telekonverter 1,4x verlängert die Brennweite entsprechend, kostet aber eine Blendenstufe. Ein 2x-Konverter kostet zwei Stufen, der Autofokus kann bei geringer Lichtstärke leiden.

Eine Sonderform sind Spiegelobjektive, die den Strahlengang falten, also Prinzipien des Spiegelteleskops in ein Kameraobjektiv bringen. Typisch sind kompakte Bauweise, eine feste Blende und ringförmige Unschärfescheiben im Hintergrund. Ob ein bestimmtes Objektiv zu Ihrem Bajonett passt, sagen die Angaben des Herstellers. Teleskope an Kameras anzuschließen ist ein anderes Thema: Adapter und Anschlüsse nutzen Sie nur nach Herstellerangabe.

Wichtig: Richten Sie ein Teleskop oder Teleobjektiv niemals ohne einen geeigneten, dafür zugelassenen Sonnenfilter auf die Sonne. Das gilt auch für den Sucher und für das Beobachten mit bloßem Auge durch das Instrument. Schon kurze Blicke in die ungefilterte Sonne können die Augen dauerhaft schädigen, und der Kamerasensor sowie die Verschlussvorhänge können beschädigt werden.

Bauformen und wirksame Brennweite

Nicht jedes Spiegelsystem ist so lang wie seine Brennweite. Ein klassisches Newton-Teleskop ist etwa so lang wie seine Brennweite. Katadioptrische Bauformen wie Schmidt-Cassegrain oder Maksutov kombinieren Spiegel mit einer Korrekturplatte und falten den Strahlengang mehrfach. Dadurch wird der Tubus kurz, während die wirksame Brennweite lang bleibt. Die Angabe des Herstellers nennt in der Regel die wirksame Brennweite und die Öffnung, daraus lässt sich das f/-Verhältnis selbst berechnen.

Die Bauform beeinflusst auch den Alltag am Instrument. Offene Tuben gleichen die Temperatur zügig an die Umgebung an, geschlossene Systeme brauchen dafür länger. Wird ein Fangspiegel in den Strahlengang gestellt, verdeckt er einen Teil der Öffnung. Das senkt den Kontrast feiner Details etwas, ändert aber an der Brennweite nichts.

Barlowlinse und Brennweitenverlängerung

Mit einer Barlowlinse lässt sich die wirksame Brennweite verlängern, ohne das Teleskop zu wechseln. Eine 2x-Barlowlinse verdoppelt die Vergrößerung jedes Okulars und halbiert das Gesichtsfeld. Aus f/4 wird dabei f/8. Das entspricht dem Prinzip eines Telekonverters am Kameraobjektiv: Eine 2x-Verlängerung kostet zwei Blendenstufen, ein Konverter 1,4x eine Stufe. Die Ausschnittswirkung steigt, die Lichtstärke sinkt.

Dabei gilt immer: Mehr Vergrößerung ersetzt keine Öffnung. Ein größeres Bild ist nicht automatisch ein detailreicheres, wenn die Auflösung der Optik oder die Luftruhe nicht mitkommt. Leere Vergrößerung erscheint größer, zeigt aber nichts Neues. Das gilt analog für Kamera-Teleobjektive: Ein stark gecropptes Bild enthält nicht mehr Details als der zugrunde liegende Sensorausschnitt.

Luftunruhe als Grenze für lange Brennweiten

Je höher die Vergrößerung, desto deutlicher zeigt sich die Luftunruhe, im Fachjargon Seeing. Sie lässt Planetenbilder flimmern und verschmieren, auch wenn die Optik einwandfrei ist. An manchen Nächten ist deshalb schon 150-fache Vergrößerung das Maximum, an ruhigen Nächten tragen auch deutlich höhere Werte. Dasselbe gilt für lange Teleobjektive: Aufnahmen über weite Strecken, besonders über erhitztem Boden, verlieren durch Luftflimmern an Schärfe, unabhängig von der Qualität des Objektivs.

Auswahl nach Beobachtungsziel

• Planeten und Mondkrater: Hier zählen hohe Vergrößerung und Öffnung. Eine lange Brennweite erleichtert hohe Vergrößerungen mit bequemen Okularen.
• Große Nebel und Sternfelder: Hier gelten ein großes Gesichtsfeld und ein kleines f/-Verhältnis als günstig. Das gilt visuell wie fotografisch.
• Einsteiger: Ein mittleres f/-Verhältnis erlaubt Planeten- wie Nebelbeobachtung und verzeiht kleine Fehler bei der Justage.
• Fotografie: Berechnen Sie vorab Bildfeld und Abbildungsmaßstab für Ihre Kamera, bevor Sie Brennweite und Öffnung festlegen.

Kurz gesagt

• Die Brennweite bestimmt beim Spiegelteleskop Abbildungsgröße, Vergrößerung mit Okular und Gesichtsfeld, nicht die Lichtmenge.
• Das Öffnungsverhältnis ist Brennweite geteilt durch Öffnung. Es beschreibt die Lichtstärke pro Fläche.
• Vergrößerung ist Teleskopbrennweite durch Okularbrennweite, begrenzt durch die Öffnung.
• Kamerawissen wie Bildwinkel, Crop-Faktor und Blendenzahl lässt sich auf Teleobjektive übertragen. Die Sonne nie ohne Sonnenfilter anvisieren.