Vergleich Multi-Schiefspiegler, Refraktor und Maksutov-Newton

Apochromatische Refraktoren besitzen zur Farbkorrektur ein Triplett von Glaslinsen mit Luftspalten oder ein 2-linsiges Objektiv mit einer Calziumflouritlinse. Die Herstellung von Objektiven, mit mehr als 100 mm Öffnung wird daher entsprechend aufwendig und teuer.

Bei einem obstruktionsfreien Spiegelteleskop (Schiefspiegler, Yolo-Teleskope) entstehen aufgrund der Tatsache, das nur Reflexionen stattfinden, keine Farbfehler. Spiegel hoher Genauigkeit können relativ preiswert gefertigt werden, woraus sich prinzipiell einen Kostenvorteil für Schiefspiegler-Teleskope ergibt.

Alle anderen Bildfehler treten in beiden Systemen auf und können mehr oder weniger gut korrigiert werden. Auf der optischen Achse arbeiten beide Systeme beugungsbegrenzt. Außerhalb der Achse erhöhen sich die Bildfehler zwar, bleiben aber beim Multi-Schiefspiegler bis 0.5 ° Bildfeld und für Öffnungen von mehr als 300 mm kleiner als die Beugungsscheibe. Damit die theoretisch mögliche Leistung in der Praxis auch annähernd erreiht werden kann, sind präzise gefertigt Spiegel mit geringen Oberflächenfehler und kleiner Rauhigkeit erforderlich. Zudem darf keinerlei mechanische Verspannung der Spiegel auftreten und die optische Anordnung aus 3 Spiegeln muss präzise justiert werden. Der innere tragende Rahmen der Multi-Schiefspiegler sorgt dann für eine langfristige Justierstabilität.

Interferometrische Tests an mehreren Prototypen eines WS 140 und WS 150 haben die Simulationsrechnungen praktisch verifiziert. Der Bildfehler Astigmatismus konnte exakt ausjustiert werden. Im Interferogramm waren dann nur noch Restfehler aufgrund der Spiegelrauhigkeit und ein geringer Anteil an sphärischer Aberration sichtbar. Dabei konnten Strehlwerte von 92 - 95% erreicht werden. Vermutlich bleibt aufgrund der Restrauhigkeit der Spiegel der Strehlwert des optischen Systems um wenige % geringer als bei einem sehr hochwertigen Refraktor. Dieser Unterschied ist aber nur noch von theoretischer Relevanz.

Gegenüber dem klassischen Kutter-Schiefspiegler (mit Öffnungsverhältnis f/20) kann der neue Multi-Schiefspiegler mit deutlich kleinerem Öffnungsverhältnis (f/10-f/12) und damit auch erheblich kleinerer Baulänge hergestellt werden. Damit werden auch die Stabilitätsanforderungen an die Montierung geringer und ein Gerät mit 150 mm Öffnung ist dann noch transportabel. Während ein Refraktor anhand von Rohrschellen an die Montierung adaptiert ist, geschieht dies beim Multi-Schiefspiegler mit einer unterseitigen Montageplatte. Diese Montageplatte ist abschraubbar und wird mit einer für die jeweilige Montierung spezifischen Adapterschiene versehen.

Lichtdurchlässigkeit

Jede Reflexion an Spiegeln oder Lichtbrechung durch eine Linse ist mit einem Lichtverlust verbunden. Man bezeichnet als Transmission das Verhältnis der vom Teleskop durchgelassen Lichtmenge zur einfallenden Lichtmenge. Mit einer hochwertigen Antireflexionsvergütung können Apo-Refraktoren eine Transmission von etwa 95% erreichen. Bei Spiegeln ist das Reflexionsvermögen vom Beschichtungsmaterial abhängig. Bei der Standard-Aluminiumschicht wird eine Reflexion von 89% erreicht, der exakte Wert verändert sich mit der Wellenlänge des Lichts. Im Allgemeinen wird die Reflexionsschicht für grünes Licht optimiert, im blauen und roten Bereich nimmt dann die Reflexion um einige % ab. Mit zusätzlichen Aufdampfschichten gelingt es, die Reflexion auf mehr als 96% zu erhöhen (verstärkte Aluminium-Beschichtung, dielektrische Schichten, Silberschicht).

Im Multi-Schiefspiegler finden 4 Reflexionen statt, daher beträgt die Transmission auch bei Einsatz der hochreflektiven Beschichtung maximal 88% und kann sich um blauen und roten Bereich noch um wenige % verringern. Mit einer Silberschicht kann die Reflexion zwar noch weiter erhöht werden, diese Schichten sind jedoch nur wenige Jahre haltbar.
Der Lichtdurchlass des Multi-Schiefspieglers ist damit effektiv etwa 8% geringer als bei einem Apo-Refraktor. Bei Deep-Sky Beobachtungen wird der visuelle Bildeindruck also etwas dunkler sein. Das Auflösungsvermögen beider Teleskope (mit gleicher Öffnung) ist jedoch gleichwertig. Insbesondere die Abbildung von schwachen Objektkontrasten (z.B. Planetenoberflächen) ist aufgrund der fehlenden Obstruktion und der hohen Abbildungsqualität in beiden Systemen gleichwertig und besitzt die maximal möglichen Werte (beschrieben durch die Modulationstransferfunktion).

Brennweite / optischer Weg / Tubusgewicht

Multi-Schiefspiegler werden mit typischen Blendenwerten 1/10 -1/12 hergestellt. Es sind zwar auch andere Öffnungsverhältnisse im Bereich von f/10 -f/20 möglich, aber optisch weniger günstig. Apo-Refraktoren besitzen Blenden 1/6 - 1/8 und können damit auch entsprechend kurz gebaut werden.

Beim Multi-Schiefspiegler wird der Lichtweg 4-fach gefaltet, so das hierbei ebenfalls ein kompaktes Gerät entsteht. Die Baulänge beträgt bei 150 mm Öffnung (f/11) etwa 700 mm, während ein f/6 Refraktor bereits 900 mm lang ist. Durch den effektiv sehr langen Strahlengang des Multi-Schiefspieglers erweist sich dieser als anfälliger gegen interne Luftunruhe. Diesem kann mit einer Tubusbelüftung entgegengewirkt werden.

Die Brennweiten des Multi-Schiefspieglers sind daher größer als bei einem kurzbrennweitigen Refraktor. Entsprechend können zur Erzielung gleicher Vergrößerung Okulare längerer Brennweite eingesetzt werden. Damit werden die Anforderungen an die optische Qualität der Okulare geringer und diese kostengünstiger, zudem ergibt sich ein besseres Einblickverhalten aufgrund eines längeren Augenabstands.

Für besonderes Zubehör wie einen Binokularansatz ist eine bestimmte optische Weglänge von mindestens etwa 130 mm erforderlich. Um diese Länge sollte sich der Auszug von der Position mit einem im Okular scharfgestellten Objekt zurückschieben lassen (optische Weglänge). Dies lässt sich bei einem Refraktor relativ leicht realisieren, indem der Tubus entsprechend kurz dimensioniert wird und der Auszug eine entsprechenden Verschiebeweg besitzt.

Bei einem Multi-Schiefspiegler muss sich jedoch der Brennpunkt mittels geeigneter optischer Dimensionierung hinreichend weit seitlich hinter dem Hauptspiegel befinden, damit ein entsprechender Verschiebeweg realisiert werden kann. Mit einen kurzbauenden Okularauszug lassen sich dann ebenfalls optische Wege von 140 mm erreichen.

Die Gerätegewichte von Refraktor (je nach Typ 11kg -19 kg) und Multi-Schiefspiegler (13 kg) bei 150 mm Öffnung sind nahezu vergleichbar.

Zu beachten ist jedoch, dass der Multi-Schiefspiegler aufgrund seiner breiteren Tubusform eine größere Fläche für den Windangriff bietet und daher die Montierung leichter in Schwingungen versetzt werden kann.

Der Schwerpunkt des Multi-Schiefspieglers befindet relativ nahe am Okular, bei etwa 35 % der Tubuslänge. Damit ist die Positionsveränderung für den Beobachter während der Stern-Nachführung relativ klein.

Abkühlverhalten

Eine Anpassung an die Außentemperatur benötigt beim Multi-Schiefspiegler wenigstens 1/2 h wie zahlreiche Beobachtungen gezeigt haben. Vorher sind Beobachtungen mit sehr hoher Vergrößerung aufgrund von Wärmeschlieren im Tubus nicht möglich. Das Metallgehäuse sorgt zwar für eine schnellen Temperaturangleich, jedoch benötigen die Spiegel eine längere Abkühlzeit.

Die Spiegel sind aus Pyrex oder vergleichbarem Glas gefertigt, welches nur eine geringe Temperaturdehnung aufweist. Bei größeren Geräten kann auf Wunsch auch die Glaskeramik Sital verwendet werden, welches keine Temperaturdehnung mehr aufweist. Auch bei Sitalspiegeln muss aber eine Abkühlzeit von mindestens 1/2 h abgewartet werden, da sich ebenfalls Wärmeschlieren ausbilden. Das Abkühlverhalten wird durch eine Tubusventilation verbessert. An der Rückfront der Teleskope befinden sich 2 Öffnungen für den Luftaustausch. Optional können an dieser Stelle auch 2 Lüfter eingebaut werden.

Beim Refraktor dauert die Abkühlung zwar auch recht lange, er ist aber schneller einsatzbereit, weil keine turbulenten Wärmeschlieren im Gerät auftreten. Der Refraktor benötigt zum Schutz vor Streulicht und zum Schutz vor Tau eine entsprechende Taukappe, während dies beim Multi-Schiefspiegler nicht erforderlich ist.

Justierung

Ein hochwertiger Refraktor erfordert keine Nachjustierung, da die Linsen in entsprechender Fassung und im Tubusrohr gut fixiert sind. Beim Multi-Schiefspiegler sind jedoch 3 Spiegel durch größeren Abstand voneinander getrennt und müssen einzeln exakt justiert werden. Zur stabilen Fixierung sorgt ein tragender Stahlprofilrahmen und entsprechend stabile Fassungen. Eine geringfügige Neigungsänderung der Spiegel kann bei Einsatz unter veränderlichen Temperaturen (Sommer-Winter) aufgrund der Materialdehnung nicht vollständig verhindert werden. Dabei kann der Bildfehler Astigmatismus auftreten. Dieser lässt sich jedoch leicht an einem hellen Stern erkennen (der Stern erscheint bei leichter unscharfer Einstellung nicht mehr rund - sondern als Ellipse) und kann anhand von 4 außen zugänglichen Justierschrauben an der Rückfront wieder vollständig kompensiert werden. Der Multi-Schiefspiegler erfordert daher wie alle anderen Spiegelteleskope auch, nach längerer Zeit, insbesondere bei veränderlichen Arbeitstemperaturen (Sommer-Winter) eine geringe Nachjustierung. Das entsprechende Verfahren ist in der Anleitung ausführlich beschrieben und erweist sich mit etwas Übung als sehr einfach. 

Objektsuche/Ausrichtung

Ein Unterschied besteht in der Aufsuchung der Objekte. Während man bei einem Refraktor das Objekt teilweise ohne Sucher über eine Peilmarke entlang des Tubusrohrs anvisieren kann, ist dies beim Schiefspiegler nicht möglich. Der Strahlengang verläuft nicht parallel zu den Gehäusekanten, man könnte allerdings 2 entsprechend einjustierte Peilmarken am Tubus für diesen Zweck anbringen. Daher erfordert der Schiefspiegler für die Objektsuche immer einen ausgerichteten Sucher. Wer nur den Umgang mit einem Refraktor oder Schmidt-Cassegrain kennt, wird sich daran erst gewöhnen müssen. 

Eignung für die Astrofotografie

Ein hochwertiger Refraktor kann gut für die Astrofotografie ausgedehnter Objekte mit entsprechend großen Bildfeldern von mehren Grad (Aufnahme mit einer Kleinbild - oder 6x6 Kamera) eingesetzt werden. Voraussetzung dafür ist eine entsprechende Dimensionierung der Tubusblenden und ein möglichst großer Okularauszug. Damit die Sterne am Bildrand noch scharf erscheinen, ist ein spezieller Flatfield-Korrektur erforderlich, da das Bildfeld eine Krümmung aufweist. Die Bildfeldkrümmung verstärkt sich bei den kurzbrennweitigen Geräten.

Für die CCD Fotografie am Refraktor ist ein Infrarot-Sperrfilter erforderlich, da infrarotes Licht nicht im gleichen Brennpunkt wie visuelles Licht abgebildet wird und somit zu einer Bildunschärfe führt.

Der Multi-Schiefspiegler eignet sich nicht für diese großformatige Fotografie, da das Bildfeld durch die Abmessung des Zweitspiegels begrenzt ist (ähnlich wie bei einem Fangspiegel beim Newton-Teleskop). Der Zweitspiegel kann beim Multi-Schiefspiegler aus optischen Gründen auch nicht wesentlich vergrößert werden. Zudem würde bei größeren Bildfeldern von mehr als 1° auch deutlich ein Koma-Bildfehler (wie bei einem kurzbrennweitigen Newton-Teleskop ) auftreten.

Bis zur Größe des Kleinbildformats kann aber auch am Multi-Schiefspiegler mit einer Spiegelreflexkamera Astrofotografie betrieben werden. Zum Bildrand hin, findet dabei eine geringe Vignettierung (Licht-abschwächung) statt, die in den meisten Fällen aber vernachlässigbar ist.  Am Rande des KB-Formats ist dabei eine kreisförmige Abschattung sichtbar, die Bildecken werden etwas beschnitten. Bei der CCD-Fotografie gibt es aufgrund der kleinen Chipfläche keine Probleme. Die Bildfeldkrümmung ist beim Multi-Schiefspiegler vernachlässigbar klein. Ein Infrarot-Sperrfilter wird nicht benötigt, da sich der Brennpunkt nicht mit der Lichtwellenlänge verschiebt.

Im Gegensatz zu der merklichen Bildfeldneigung eines klassischen Schiefspieglers von etwa 4°, tritt beim Multi-Schiefspiegler nur eine Neigung von etwa 1.5° auf, die bei der Fotografie vernachlässigbar ist. Die sehr geringe Bildfeldkrümmung ist ebenfalls vernachlässigbar.

Vergleich der sonstigen Eigenschaften

Eigenschaft	Refraktor	Maksutov-Newton	Multi-Schiefspiegler
Beugungsbegrenztes Bild auf der Achse / bei 0.25°	ja / teilweise	ja / nein	ja / teilweise
Typische Lichtstärke	Blende: 6 – 15	Blende: 6 - 8	Blende: 10 – 15
Fotografisches Bildfeld	1 - 4° , KB- und 6x6 –Fotografie, Bildfeldwölbung hoch	0.5 - 1°, KB-Fotografie vignettiert, hohe Bildfeldwölbung	0.5 - 1°, KB-Fotografie geringe Bildfeldwölbung , geringe Bildfeldneigung
Abkühlverhalten	sofort einsatzbereit	Geschlossenes Spiegelsystem erzeugt Wärmestau, Tubusbelüftung	Wie bei Spiegelteleskop etwa 0.5 –1h, Tubusbelüftung optional
Nachjustage erforderlich	Im Allgemeinen nicht	nach längerer Zeit, 6 Stellschrauben (Haupt und Fangspiegel)	nach längerer Zeit , 4 okularseitige Stellschrauben
Verfügbarer Weg am Okularauszug	Beliebig, durch Verkürzen des Tubus einstellbar	Sehr kurz	Begrenzt, 150 mm sind möglich

©WolterScope