Hoe Werkt Een Telescoop?

Hoe werkt een telescoop?

Een telescoop is een optisch instrument dat licht verzamelt en bundelt om verre objecten groter, helderder en gedetailleerder zichtbaar te maken dan met het blote oog mogelijk is.

De kern van elke telescoop is het verzamelen van licht. Dit gebeurt via twee fundamenteel verschillende methoden: refractie (breking) door lenzen, of reflectie (weerkaatsing) door spiegels.

• Een lens werkt op basis van het principe dat licht zijn richting verandert wanneer het van het ene medium (lucht) naar het andere (glas) overgaat.
• Een bolle lens convergeert parallel invallend licht naar één punt: het brandpunt.
• De afstand van de lens tot het brandpunt heet de brandpuntsafstand of focuslengte (in het engels: focal length, aangeduid met f).
• Een spiegel werkt anders: een holle, parabolische spiegel reflecteert licht zodanig dat alle parallelle lichtstralen samenkomen in één brandpunt.
• Het principe is wiskundig equivalent aan een lens, maar heeft het voordeel dat er geen kleurscheiding optreedt, omdat licht bij reflectie geen dispersie ondergaat.

Het menselijk oog is een wonderlijk instrument, maar het heeft fundamentele beperkingen. De pupil heeft een doorsnede van slechts enkele millimeters, waardoor maar een minieme hoeveelheid licht binnenkomt. Sterren, sterrenstelsels en nevels zijn zo ver weg dat hun licht op aarde extreem zwak is.

Een telescoop met een grote lensopening, de zogenaamde aperture, vangt duizenden malen meer licht op dan het blote oog, waardoor objecten zichtbaar worden die anders volledig onzichtbaar blijven.

Daarnaast lost een telescoop het probleem van scheidend vermogen op. Het oplossend vermogen van een instrument bepaalt hoe dicht bij elkaar twee punten kunnen liggen en toch nog als afzonderlijk worden waargenomen. Een grotere aperture betekent een hoger oplossend vermogen, wat resulteert in scherpere beelden met meer detail.

Lens en kijkerbuis

Lens (1)

De telescoop op deze afbeelding is een lezenkijker. Een telescoop die met een lens werkt, wordt ook wel een refractor genoemd. De lens is gericht naar het object dat je wilt bekijken.

Lens (1)

Een belangrijke taak van een lens is het verzamelen van zoveel mogelijk licht. Hoe groter de lens, hoe meer licht de telescoop kan verzamelen en hoe meer zwakke sterren je kunt zien. Net zoals een grote emmer meer regendruppels vangt dan een kleine beker.

Lens (1)

Grote telescopen werken meestal niet met lenzen, maar met spiegels. Een telescoop die met een spiegel werkt, wordt ook wel een reflector genoemd.

Kijkerbuis (2)

De kijkerbuis houdt aan de ene kant de lens vast en en aan de andere kant het oculair. Een kijkerbuis is meestal van metaal, maar oude telescopen hebben vaak een houten buis.

Kijkerbuis (2)

De telescoopbuis kan om twee assen draaien waarmee de telescoop naar op elk gewenst punt aan de hemel kan worden gericht.

Ook moeten we tijdens het waarnemen compenseren voor de draaiing van de aarde. De aarde draait immers van west naar oost en daardoor lijken de zon, de maan en de andere hemellichamen te bewegen van oost naar west.

De lenzentelescoop heet ook wel een refractor en is opgebouwd uit lenzen. Op de voorkant van de buis zit een grote lens (het objectief). Het licht van bijvoorbeeld de maan komt in de buis terecht en gaat door de lens naar het achterste dunne buisje.

Een lenzenkijker heeft een hoger contrast dan een spiegelkijker. Daarom is de refractor zeer geschikt voor het bekijken van details op de maan en planeten. Een nadeel aan lenzenkijkers is dat ze relatief lang zijn. Hoe meer licht ze kunnen verzamelen (een grotere objectiefdiameter), hoe langer de buis wordt.

Oculair en vergroting

1. Als je door een telescoop kijkt, dan kijk je door het oculair. De naam komt van het latijnse oculus, oog.
2. Het oculair is tijdens het waarnemen naar het oog gericht. Het oculair zit in de oculairhouder van de kijkerbuis.
3. Als je een andere vergroting wilt kiezen, dan kun je het oculair verwisselen voor een ander oculair met een andere brandpuntsafstand.
4. Na het plaatsen van een ander oculair moet je opnieuw scherpstellen.
5. Voor scherpstellen kan de afstand van het oculair tot de lens worden veranderd. Hiertoe is de oculairhouder voorzien van een scherpstelschroef.

Hierin zit het oculair (de kleine lens). Dit oculair kun je verwisselen. Zo kun je de vergroting aanpassen. De vergroting is onder andere afhankelijk van de diameter van het objectief en het oculair.

De vergroting van een telescoop wordt bepaald door de focuslengte van het objectief (de primaire lens of spiegel) te delen door de focuslengte van het oculair. Als een telescoop een focuslengte heeft van 1000 millimeter en je gebruikt een oculair van 10 millimeter, dan is de vergroting 1000 gedeeld door 10, dus honderd maal. Een oculair van 25 millimeter geeft een vergroting van veertig maal.

• Meer vergroting is niet altijd beter.
• Bij hoge vergrotingen wordt het beeld donkerder, want hetzelfde licht wordt over een groter oppervlak verdeeld.
• Bovendien vergroot een telescoop ook de atmosferische turbulentie (seeing in astronomenjargon): de constante beweging van luchtlagen boven je hoofd zorgt ervoor dat sterren flikkeren en trillen, en bij hoge vergrotingen wordt dit effect sterk uitvergroot.
• Een praktische bovengrens voor de nuttige vergroting ligt bij ongeveer twee maal de aperture in millimeters.
• Voor een 150 millimeter telescoop is dat dus 300 maal.

Laat je niet verleiden door advertenties die aangeven dat er wel vergrotingen van 800 x mogelijk zijn, want vooral bij kleine telescopen is dit onzin.

Zoeker, montering en contragewicht

Zoeker (4)

Hoe sterker de vergroting van de telescoop, hoe kleiner het beeldveld. Bij een sterke vergroting is het een beetje alsof je door een rietje kijkt. Daardoor kan het nog best lastig zijn om de telescoop op het gewenste object te richten.

Zoeker (4)

Op de grote kijkerbuis is daarom een kleinere telescoopbuis gemonteerd: de zoeker. De zoeker heeft een kleinere vergroting en een groter beeldveld.

Zoeker (4)

Door het grote beeldveld kun je het hemellichaam gemakkelijker vinden en kan de telescoop eenvoudiger worden gericht.

Montering (5)

De montering is een constructie die de telescoop draagt. De montering heeft als taak de telescoop te richten en het hemellichaam nauwkeurig en trilingsvrij te volgen. Vaak heeft de telescoop een gemotoriseerde aandrijving.

Contragewicht (6)

Met het contragewicht worden alle bewegende delen van een telescoop in balans gebracht.

Een goede montering is robuust uitgevoerd. Want als een telescoop honderd keer vergroot, dan worden eventuele trillingen ook honderd keer vergroot.

Om het hemellichaam te kunnen volgen is vaak één van de assen zodanig gemonteerd dat deze evenwijdig loopt met de aardas. Deze as is gericht naar de noordelijke hemelpool en noemen we de poolas.

Terwijl de aarde van west naar oost draait, wordt de telescoop in dezelfde tijd om de poolas van oost naar west gedraaid. Zo wordt gecompenseerd voor de draaiing van de aarde en blijft het hemellichaam precies in het midden van het beeldveld staan.

Doordat één van de assen schuin (evenwijdig aan de aardas) is opgesteld, is een contragewicht nodig. Het zwaartepunt van alle bewegende delen valt dan samen met het snijpunt van de twee assen, waardoor de telescoop soepel om beide assen kan worden gedraaid.

De belangrijkste typen telescopen

De refractor

De refractortelescoop is het klassieke ontwerp: lenzen in een buis.

Het voordeel is dat het optische systeem gesloten is, waardoor stof en vocht minder invloed hebben en de uitlijning stabiel blijft.

Een goed gemaakte refractor levert prachtig contrast, ideaal voor de maan, planeten en dubbelsterren.

Het nadeel is dat goede refractors bij grotere diameters snel duurder worden dan reflectoren van vergelijkbare aperture, en dat chromatische aberratie bij gewone enkelvoudige lenzen problemen kan geven.

De newtonreflector

Isaac Newtons ontwerp maakt gebruik van een primaire parabolische spiegel en een kleine platte secundaire spiegel die het licht zijwaarts naar het oculair reflecteert.

Reflectoren bieden de meeste aperture voor het geld.

De schmidt-cassegrain en maksutov-cassegrain

Deze zogenaamde catadioptische telescopen combineren lenzen en spiegels in een compact ontwerp.

Licht komt via een correctielenssysteem naar binnen, wordt door een primaire spiegel teruggekaatst, weerkaatst via een secundaire spiegel door een opening in de primaire spiegel naar het oculair achteraan de telescoop.

In 1668 bouwde Isaac Newton een fundamenteel ander type telescoop: de reflector. In plaats van lenzen gebruikte hij een holle spiegel om licht te bundelen. Dit loste een hardnekkig probleem op dat lenzenkijkers hadden: chromatische aberratie, waarbij verschillende kleuren licht op iets verschillende punten worden gebroken, waardoor objecten een gekleurde rand krijgen.

Een dobsonian is een populaire, goedkope en mechanisch eenvoudige variant op de newtonreflector, gemonteerd op een altazimutale opstelling (horizontaal en verticaal draaibaar).

Het grote voordeel is de compactheid: een lange focuslengte wordt gevouwen in een korte buis. Een schmidt-cassegrain met 200 millimeter aperture en een focuslengte van 2000 millimeter past in een koffer.

Aperture en brandpuntsafstand

• De aperture is de effectieve diameter van de primaire lens of spiegel van de telescoop.
• Dit is de meest bepalende specificatie van een telescoop.
• Een aperture van 100 millimeter vangt bijna tweehonderd maal meer licht op dan het menselijk oog bij duisternis.
• De lichtinvang schaalt kwadratisch met de diameter: een telescoop met een aperture van 200 millimeter vangt vier maal meer licht op dan een van 100 millimeter.
• Voor amateurs geldt als vuistregel: hoe groter de aperture, hoe dieper in het heelal je kunt kijken.

Een kleine refractor van 60 millimeter is geschikt voor de maan en planeten; een reflector van 200 tot 300 millimeter opent de wereld van nevels, sterrenhopen en verre sterrenstelsels.

Een andere belangrijke parameter is de f/ratio, berekend als de focuslengte gedeeld door de aperture. Een telescoop met een focuslengte van 900 millimeter en een aperture van 100 millimeter heeft een f/ratio van f/9.

1. Een lage f/ratio (f/4 of f/5) betekent een breed gezichtsveld en heldere beelden, ideaal voor diffuse objecten zoals nevels.
2. Een hoge f/ratio (f/10 of hoger) levert een smal gezichtsveld maar is beter voor planeten en andere details bij hoge vergroting.

Hoe groter een telescoop is, hoe meer licht hij opvangt en hoe verder hij in het heelal kan kijken. Met het blote oog kun je niet verder kijken dan 2,5 miljoen lichtjaar - de afstand tot het Andromedastelsel. Een kleine verrekijker toont al sterrenstelsels op tientallen miljoenen lichtjaren, en op lang belichte foto's die gemaakt zijn met de Hubble Space Telescope of met grote telescopen op aarde zijn sterrenstelsels zichtbaar op afstanden van 12 à 13 miljard lichtjaar.