← Handbuch StarAberrationDiagnostics

Typische Fehler eines Newton-Teleskops

Ein Newton ist einfach gebaut und liefert viel Öffnung fürs Geld - aber er hat mehr bewegliche und empfindliche Teile als die meisten anderen Teleskope. Diese Seite geht die Fehler durch, die in der Astrofotografie mit einem Newton typischerweise auftreten: woher sie kommen, wie sie in den Sternen aussehen, was StarAberrationDiagnostics davon sieht und was dagegen hilft.

1.Aufbau: wo Fehler entstehen

Das Licht fällt durch den offenen Tubus auf den parabolischen Hauptspiegel, wird zurückgeworfen und kurz vor dem Brennpunkt von einem ebenen Fangspiegel unter 45° zur Seite gelenkt. Dort sitzt der Okularauszug, bei der Fotografie meist mit einem Komakorrektor und der Kamera. Der Fangspiegel hängt an einer Spinne aus dünnen Streben mitten im Strahlengang.

Der Fangspiegel sitzt nicht genau mittig auf der optischen Achse. Weil der Lichtkegel zum Brennpunkt hin schmaler wird, schneidet ihn der schräge Spiegel unsymmetrisch: Die Seite zum Hauptspiegel hin muss mehr Licht auffangen als die Seite zum Brennpunkt. Damit der ganze Kegel auf dem Spiegel landet, wird der Fangspiegel um den Fangspiegeloffset verschoben - vom Okularauszug weg und zum Hauptspiegel hin, in beide Richtungen um etwa

Bei langsamen Newtons ist der Offset so klein, dass man ihn oft weglässt; bei schnellen ist er wichtig. Im Justierokular erscheint der Fangspiegel dadurch leicht versetzt (Kapitel 4) - das ist richtig so und kein Kollimationsfehler. Die Mittenmarkierung des Hauptspiegels muss trotzdem genau im Fadenkreuz liegen.

• 1Hauptspiegel - Kollimation, Klemmung in der Fassung, Mirror Flop, Auskühlung
• 2Fangspiegel - Offset, Kollimation, Verspannung (Astigmatismus), Tau
• 3Spinne - Beugungsspikes, doppelte Spikes bei verbogenen Streben
• 4Okularauszug - Verkippung, Durchhang, Spiel; ragt er in den Strahlengang, ein zusätzlicher Spike
• 5Korrektor - Abstand zum Sensor, Verkippung, Dezentrierung
• 6Kamera - Sensorverkippung
• 7Tubus - Tubusseeing, Längenänderung mit der Temperatur, Streulicht

2.Wie die Fehler aussehen

Die folgenden Sternbilder sind nicht gezeichnet, sondern durch Beugungsrechnung entstanden: aus der Öffnung des Newtons - mit Fangspiegel, Spinne und dem jeweiligen Fehler - per Fourier-Transformation, so wie die Optik selbst das Bild formt. Die Helligkeit ist logarithmisch gestreckt, damit die schwachen Strukturen sichtbar werden.

Das Feld oben links: die Öffnung

Jede Kachel zeigt oben links die Öffnung des Teleskops, so wie man von vorn in den Tubus schaut. Aus genau diesem Feld wird der Stern daneben berechnet: Das Sternbild ist die Fourier-Transformation der Öffnung.

• Die Form zeigt, wo Licht durchkommt: Der helle Ring ist der Hauptspiegel, das Loch in der Mitte der Schatten des Fangspiegels, das dunkle Kreuz die vier Streben der Spinne - von ihnen stammen die vier Spikes. Bei der verbogenen Strebe steht eine Strebe schräg, beim hineinragenden Auszug fehlt am Rand ein Stück.
• Die Farbe zeigt den Fehler der Wellenfront: Grau heißt, die Welle ist dort perfekt; orange, dass sie vorauseilt, blau, dass sie zurückbleibt. Volle Farbe entspricht 0,8 Wellenlängen. Welche Richtung „voraus“ heißt, ist Konvention - für den Stern zählt das Muster.
• Das Muster verrät den Fehler: Koma ist auf einer Seite orange, auf der anderen blau; Astigmatismus ist ein Sattel mit zwei orangen und zwei blauen Vierteln; Trefoil hat drei Sektoren je Farbe, wie die drei Spiegelklammern; sphärische Aberration bildet Ringe; Defokus wird nach außen gleichmäßig stärker.

Im Beugungsmaßstab zeigen die Bilder den Stern so fein, wie die Optik ihn formt. Bei langer Belichtung verschmiert das Seeing die feinen Strukturen; was bleibt, ist die grobe Form: ein einseitiger Fächer (Koma), ein Kreuz oder Oval (Astigmatismus), ein Dreieck (Klemmung). Die Spikes überstehen das Seeing und sind bei hellen Sternen immer zu sehen.

Der Sensormaßstab zeigt genau das: denselben Stern, wie ihn eine Kamera mit 3,76-µm-Pixeln an einem Newton mit 200 mm Öffnung und f/4 aufnimmt, nach dem Seeing. Die Fehler in der Galerie sind mit einer halben Wellenlänge und weniger moderat gewählt - und die meisten verschwinden dann fast völlig im Seeing. Nur der Defokus und, bei hellen Sternen, die Spikes bleiben deutlich. Ein einzelner Stern verrät also wenig; erst das Muster über viele Sterne und das ganze Bildfeld macht kleine Fehler messbar, und genau darauf stützt sich StarAberrationDiagnostics. Wie groß Koma am Bildrand tatsächlich wird, zeigt der Simulator auf der Koma-Seite; dort ist sie viel stärker als hier. Mit dem Seeing-Regler lässt sich ausprobieren, was bei sehr gutem Seeing sichtbar wird.

3.Koma

Der bekannteste Fehler des Newtons ist kein Baufehler, sondern eine Eigenschaft des Parabolspiegels: Abseits der optischen Achse werden Sterne zu kleinen Kometen. Die Koma wächst linear zum Bildrand und mit dem Quadrat der Öffnungszahl - ein f/4-Newton hat viermal so viel wie ein f/8. Ein Komakorrektor beseitigt sie, wenn er im richtigen Abstand sitzt.

4.Kollimation

Damit der Newton scharf abbildet, müssen die optischen Achsen von Hauptspiegel, Fangspiegel und Okularauszug zusammenfallen. Das Ausrichten heißt Kollimation. Ein Newton verliert sie leichter als andere Teleskope: beim Transport, beim Auf- und Abbauen, durch Temperaturwechsel, bei manchen sogar beim Schwenken.

• Was im Bild passiert: Die optische Achse - der komafreie Punkt - wandert aus der Bildmitte. Eine Seite des Bildes zeigt deutlich mehr Koma als die andere; bei stärkerer Dejustage hat auch die Bildmitte Koma.
• Nicht nur Koma: Die Bildebene steht senkrecht zur tatsächlichen optischen Achse. Ist diese verkippt, liegt die Bildebene schräg zum Sensor - eine Seite wird weicher, genau wie bei einer Sensorverkippung. Beim Fangspiegel, der als ebener Spiegel selbst keine Fehler erzeugt, ist das sogar der Haupteffekt. Dazu kommen ein einseitig verschobener Astigmatismus (erst bei grober Dejustage oder sehr schnellen Spiegeln deutlich), eine ungleichmäßige Korrektur durch den schräg durchlaufenen Korrektor, manchmal mit einseitigen Farbsäumen am Rand, und eine einseitige Vignettierung - Flats müssen deshalb immer zur aktuellen Kollimation passen.
• Wie empfindlich: Die erlaubte Abweichung wächst mit der dritten Potenz der Öffnungszahl, weil die Koma mit 1/N² wächst und das Beugungsscheibchen mit N. Ein f/4-Newton ist damit etwa achtmal so empfindlich wie ein f/8.
• Was das Script sieht: Den komafreien Punkt P₀ und seinen Abstand zur Bildmitte (Handbuch, Kapitel 9). Ab 15 % der halben Diagonale schlägt es eine Kollimation vor. Die Bildfeldverkippung erscheint als ganz normale Verkippung (Kapitel 7); das Script kann sie nicht von einem schief sitzenden Sensor unterscheiden.
• Reihenfolge: Liegt P₀ deutlich neben der Mitte und meldet das Script zugleich eine Verkippung, zuerst kollimieren und neu messen. Sonst gleicht man am Tilt-Adapter einen verkippten Spiegel aus - und nach der nächsten Kollimation stimmt der Adapter nicht mehr.
• Abhilfe: Kollimieren mit Cheshire, Laser (der Laser selbst muss justiert sein) oder einer Justierkamera, in der Beobachtungsposition und bei Nachttemperatur. Eine Mittenmarkierung auf dem Hauptspiegel ist unverzichtbar.

5.Verkippung und Durchhang

Der Okularauszug eines Newtons sitzt seitlich am Tubus und trägt die ganze Kamera samt Korrektor, Filterrad und Off-Axis-Guider - oft über ein Kilogramm an einem Hebel quer zum Tubus. Gibt der Auszug nach, kippt der Sensor gegen die Bildebene: Eine Bildseite ist scharf, die gegenüberliegende weich.

• Ursachen: Spiel im Auszug, eine zu schwach angezogene Klemmung, ein dünnes Tubusblech, das sich unter der Last verformt, verkippte Adapter oder ein schief eingebauter Sensor - oder eine Dejustage, die die Bildebene kippt (Kapitel 4).
• Typisch für den Newton: Weil der Auszug quer zum Tubus sitzt, wirkt die Schwerkraft je nach Himmelsrichtung anders - die Verkippung kann sich beim Schwenken und beim Meridian-Flip ändern.
• Was das Script sieht: Den FWHM-Verlauf über das Bildfeld, Kippachse und Kippwinkel (Handbuch, Kapitel 7). Ob sich die Verkippung beim Flip ändert, zeigt die Serienanalyse (Kapitel 11): Wechselt sie mit der Seite, ist sie mechanisch; bleibt sie, sitzt sie fest im optischen Zug.
• Abhilfe: Zuerst die Mechanik - Auszug spielfrei einstellen, Klemmung anziehen, Schraubadapter statt Klemmungen, ein Verstärkungsring im Tubus. Erst wenn die Verkippung auf beiden Seiten des Flips gleich bleibt, lohnt sich ein Tilt-Adapter.

6.Korrektorabstand und Bildfeldwölbung

Ein Komakorrektor ist für einen bestimmten Abstand zum Sensor gerechnet, typisch 55 mm, bei manchen Modellen abhängig von der Öffnungszahl. Schon ein bis zwei Millimeter Abweichung lassen am Rand Koma übrig - unterkorrigiert zeigen die Fächer nach außen, überkorrigiert nach innen. Dazu kommt, dass die Sterne am Rand radial oder tangential in die Länge gezogen werden.

• Typische Ursachen: Filter im Strahlengang (sie verlängern den Weg um etwa ein Drittel ihrer Dicke), vergessene oder doppelte Distanzringe, der falsche Wert aus der Anleitung.
• Was das Script sieht: Das radiale/tangentiale Muster am Rand (Handbuch, Kapitel 8) und die Koma k (Kapitel 9). Wie Unter- und Überkorrektur aussehen, zeigt der Simulator auf der Koma-Seite.
• Bildfeldwölbung: Ein reiner Komakorrektor ebnet das Feld nicht unbedingt; bei großen Sensoren bleibt ein gleichmäßig weicher Rand, den die FWHM²-Fläche als Wölbung ausweist.
• Abhilfe: Abstand nachmessen und in kleinen Schritten (0,5 mm) verändern, nach jedem Schritt neu messen.

7.Verspannte Optik

Spiegel sind dünne Glasscheiben, deren Oberfläche auf einen Bruchteil der Lichtwellenlänge genau sein muss. Schon geringe Kräfte verbiegen sie messbar.

• Geklemmter Hauptspiegel: Sind die Spiegelklammern zu fest angezogen, drücken sie an drei Stellen auf den Spiegel. Das Ergebnis ist ein dreieckiger Stern mit drei oder sechs Ausläufern (Trefoil, Abbildung im Kapitel 2). Bei Kälte wird es oft schlimmer, weil die Metallfassung stärker schrumpft als das Glas. Die Klammern sollen den Spiegel nur sichern, nicht klemmen - ein Blatt Papier sollte noch dazwischen passen.
• Verspannter Fangspiegel: Ein zu fest verklebter oder geschraubter Fangspiegel, oder einer mit schlechter Planität, erzeugt Astigmatismus. Der Stern wird zum Kreuz oder Oval, das sich beim Durchfokussieren um 90° dreht - und zwar überall im Bildfeld gleich, auch in der Mitte.
• Was das Script sieht: Eine Verspannung ist kein Feldfehler und erzeugt deshalb kein Muster über das Bild. Astigmatismus kann aber, wenn der Fokus nicht genau sitzt, eine gemeinsame Elongation aller Sterne erzeugen - wie ein Nachführfehler (Handbuch, Kapitel 5). Ändert sich deren Richtung um 90°, wenn man ein wenig vor und hinter den Fokus geht, ist es die Optik und nicht die Montierung.

8.Mirror Flop und bewegliche Teile

Der Hauptspiegel liegt in einer Fassung, die ihn trägt, ohne ihn zu verspannen - er hat also etwas Spiel. Wenn der Tubus seine Lage zur Schwerkraft ändert, vor allem beim Meridian-Flip, kann der Spiegel um Bruchteile eines Millimeters rutschen oder kippen: der Mirror Flop. Dasselbe gilt für einen locker sitzenden Korrektor oder einen Fangspiegel mit Spiel in der Halterung.

• Was im Bild passiert: Die Kollimation ist auf beiden Seiten des Flips verschieden: Der komafreie Punkt springt, oft auch die Verkippung.
• Was das Script sieht: Die Serienanalyse vergleicht den komafreien Punkt, die Verkippung und die Plate-Solve-Verzeichnung beider Seiten (Handbuch, Kapitel 11 und 11). Springen sie beim Flip, bewegt sich etwas im optischen Zug.
• Abhilfe: Seitliche Spiegelauflage prüfen (Schlinge oder Auflagepunkte), Klammern bis knapp an den Spiegel, bei manchen Fassungen eine Spiegelarretierung. Den Fangspiegelhalter und den Korrektor auf Spiel prüfen.

9.Thermik und Fokusdrift

Ein offener Tubus mit einem dicken Glasspiegel am Ende reagiert stark auf Temperatur.

• Nicht ausgekühlter Spiegel: Ist der Spiegel wärmer als die Luft, steigt über ihm eine warme Grenzschicht auf, die wie schlechtes Seeing wirkt - nur direkt im Teleskop. Sterne werden aufgebläht und flackern. Ein Lüfter hinter dem Spiegel und genug Zeit zum Auskühlen helfen; als Faustregel braucht ein 200-mm-Spiegel mit normaler Dicke ohne Lüfter ein bis zwei Stunden.
• Tubusseeing: Warme Luft, die an der Tubuswand aufsteigt, oder die Hand und der Körper vor der Öffnung erzeugen Schlieren im Strahlengang - oft einseitig.
• Fokusdrift: Der Tubus schrumpft, wenn es kälter wird, und damit wandert der Fokus. Bei einem schnellen Newton ist die kritische Fokuszone - der Bereich, in dem der Stern noch scharf ist - nur wenige Hundertstelmillimeter tief:

Bei einem Aluminiumtubus mit f/4 verschiebt also schon 1 °C den Fokus um fast die halbe Toleranz. Carbon dehnt sich kaum aus, ganz verschwindet die Drift aber auch dort nicht, weil der Spiegel und seine Fassung mitwirken. Die Werte sind deshalb Größenordnungen.

• Was das Script sieht: Eine defokussierte Aufnahme an einer zu weichen Bildmitte (Defokus-Verdacht, Handbuch, Kapitel 7), und in einer Serie eine FWHM, die mit der Zeit driftet (Kapitel 11).
• Abhilfe: Autofokus nach Temperatur (z. B. alle 1 - 2 °C) oder nach Zeit, ein elektrischer Fokussierer, ein Carbontubus.

10.Beugung, Streulicht und Vignettierung

• Beugungsspikes: Die Streben der Spinne beugen das Licht; jeder helle Stern bekommt vier Strahlen. Das ist kein Fehler, sondern ein Markenzeichen des Newtons. Ein Fehler ist es, wenn die Spikes doppelt oder aufgefächert sind: Dann ist eine Strebe verbogen oder die gegenüberliegenden Streben liegen nicht genau in einer Linie.
• Zusätzlicher Spike: Ragt das Auszugsrohr oder ein Adapter in den Lichtweg, erzeugt seine Kante einen einzelnen Spike quer zu ihr, oft nur auf einer Seite der hellen Sterne. Abhilfe: Auszug so weit ausfahren, dass nichts in den Tubus ragt, gegebenenfalls mit einer Verlängerung.
• Streulicht und Reflexe: Ein blanker Tubus, eine fehlende Taukappe oder bei Gitterrohr-Dobsons ein fehlender Lichtschutz lassen Streulicht auf den Sensor. Flocking-Folie gegenüber dem Auszug, eine Taukappe und geschwärzte Kanten helfen. Ringe um helle Sterne stammen oft von Filtern oder dem Korrektor.
• Vignettierung: Fangspiegel und Auszugsrohr beschneiden den Lichtkegel für den Bildrand. Das kostet am Rand Helligkeit, verändert aber die Sternform nicht. Flatfields gleichen sie aus.
• Tau: Der Fangspiegel liegt offen am Tubusende und beschlägt als Erstes. Die Sterne bekommen einen wachsenden Halo, das Bild verliert Kontrast. Eine Fangspiegelheizung hilft.

11.Übersicht

Die Reihenfolge, in der man die Fehler angeht, folgt dem Handbuch, Kapitel 10: erst Fokus, dann Nachführung, Verkippung, Kollimation, Abstand - weil sich die Fehler gegenseitig überdecken. Ausnahme: Bei deutlich verschobenem komafreiem Punkt zuerst kollimieren, weil die Dejustage selbst eine Verkippung erzeugt (Kapitel 4).