Astronomische Beobachtungsinstrumente

1. Astronomische Beobachtungsinstrumente Martin Ullmann & Caterina Enderlein

2. Gliederung • 1. Das Auge • 2. Das Fernglas • 3. Das Teleskop • 4. Der Satellit • 5. Das Observatorium

3. 1. Das Auge natürliches Beobachtungsinstrument • 1. 1. Aufbau • 2. Funktion • 1. 3. Lichtbrechung

4. 1.1. Der Aufbau des Auges • Es besitzt ein optisches System: Linse, Iris, Pupille. • Dieser ist von innen nach außen mit Netz-, Ader- und Lederhaut überzogen. • Die Lederhaut geht vorn in die durchsichtige Hornhaut über – dieses Gewebe schützt und stützt das Innere des Auges. • Im vorderen Teil bildet die Aderhaut die ringförmige Iris (Regenbogenhaut) – diese bestimmt die Augenfarbe.

5. 1.2. Die Funktion des Auges • Es ist mit der Funktionsweise einer Fotokamera vergleichbar, denn das Auge besitzt ein optisches System: • Die Linse wirft ein reelles, umgekehrtes und verkleinertes Bild des Gegenstandes auf den Augenhintergrund  wird auf Netzhaut projiziert. • Die Netzhaut empfängt die Lichtstrahlen mit ihren Zäpfchen und Stäbchen  diese Lichtenergie wird in Nervenimpulse umgewandelt. • Von hier leitet der Sehnerv die Informationen ans Gehirn weiter.

6. 1.3. Die Lichtbrechung im Auge • Normalsichtigkeit: Die parallel ins Auge einfallenden Strahlen erzeugen ein scharfes Bild auf der Netzhaut. • Kurzsichtigkeit: Das Bild entsteht vor der Netzhaut. Weitsichtigkeit: Ein scharfes Bild würde erst hinter der Netzhaut entstehen.

7. 2. Das Fernglas Aufbau und Funktionsweise

8. 2.1. Der Aufbau und Funktion ØEs besteht aus zwei gleichen, parallelen Fernrohren.    • Jedes Fernrohr verfügt im einfachsten Fall über eine kleine, konkave, • augenseitige Linse - das Okular - und über eine große, konvexe, objektseitige • Linse - das Objektiv. • Oft werden Prismen eingebaut, um •          - das Fernglas kürzer und • handlicher zu gestalten •        - das Bild, das manchmal • auf den Kopf gestellt wird, • wieder aufzurichten.

9. 3.1. Geschichte 3.2. Arten 3.2.1. Spiegelteleskop 3.2.2. Linsenteleskop 3.2.3. Vergleich 3.2.4. Radioteleskop 3. Das Teleskop

10. 3.1. Die Geschichte des Teleskops • Das Teleskop setzte sich allmählich und gegen großen Widerstand durch. • Es ist von so entscheidender Bedeutung, so dass man sein Aufkommen als Beginn der Neuzeit auffasste. • JOHANNES KEPLER und GALILEO GALILEI konstruierten einige der ersten Fernrohre. • Im 18. und 19. Jahrhundert werden die beiden Grundtypen – Linsen- und Spiegelteleskop – entwickelt. • WILHELM HERSCHEL baute um 1780 eines der größten Teleskope der damaligen Zeit.

11. 3.2. Arten von Teleskopen Linsenteleskop Radioteleskop Spiegelteleskop

12. 3.2.1. Das Spiegelteleskop – Der Reflektor

13. Aufbau • Es besteht aus einem Objektiv am vorderen Ende des Teleskops und einem Okular am hinteren Tubusende. • Am hinteren Ende befindet sich ein Parabolspiegel – der Hauptspiegel. • Der Fangspiegel liegt diesem gegenüber. • Neben dem Fangspiegel befindet sich noch eine Korrekturlinse.

14. Funktionsweise • Das einfallende Licht wird durch einen parabolförmig geschliffenen Hauptspiegel im Brennpunkt vereint. • Das von ihm erzeugte Bild wird vom Fangspiegel, einem Zusatzspiegel, im Strahlengang aufgefangen und zum Okular umgelenkt (beide müssen optimal aufeinander ausgerichtet sein um maximale Bildqualität zu liefern). • Eine Korrekturlinse neben dem Okular dient ebenfalls der Verstärkung der Qualität. • Das Okular dient der visuellen Betrachtung.

15. 3.2.2. Linsenteleskop – Refraktor • Aufbau und Funktion

16. Aufbau • Es besitzt zwei lichtsammelnde Bauelemente: - das dem Gegenstand zugewandte System, durch welches das Licht in das Teleskop eintritt – das Objektiv - das dem Auge zugekehrte System – das Okular Funktionsweise • Das einfallende Licht wird von dem Objektiv (Sammellinse) im Brennpunkt vereint. • Es entwirft ein reelles, umgekehrtes und verkleinertes Bild des weit entfernten Objektes. • Dieses Bild wird mit dem Okular (Augenlinse) betrachtet, welches das Bild wie eine Lupe vergrößert.

17. 3.2.3. Wo liegen die Unterschiede? • Linsenteleskop: • preiswerte Herstellung • sehr kompakt  leichter transportierbar • keine komplizierte Montierung Spiegelteleskop: • leistungsfähiger • höhere Bildqualität • stärkere Kontraste

18. 3.2.4. Radioteleskop • Aufbau • Funktionsweise • Geschichte • 4.Die größten • Radioteleskope

19. 1. Aufbau eines Radioteleskops • Es besitzt zwei parabolförmige Radiospiegel (Refraktoren). • In ihrem Brennpunkt ist der Empfänger, eine kleinere Antenne, montiert. • Weiterhin besitzen sie noch einen Verstärker und ein Registriersystem.

20. 2. Funktionsweise • Es dient der Erhebung der von den Himmelskörpern abgegebenen Radiowellen: • Die elektromagnetischen Strahlen des Kosmos werden aufgefangen und in einer weiteren kleinen Antenne gesammelt. • Das auf die Antenne induzierte Signal wird rektifiziert, mittels Funkverbreitungstechniken verstärkt und schließlich zu einem Anzeige- oder Registrier- system geleitet.  Die Stärke des Signals wird festgestellt.

21. 3. Geschichte • Die Geschichte der Radioastronomie ist noch sehr jung. • Ursprünglich waren diese Teleskope im 2. Weltkrieg von deutscher Seite als Funkmessgerät (heute RADAR) unter dem Decknamen "Würzburg-Riese" entwickelt und eingesetzt worden.

22. 4. Die größten Radioteleskope der Welt • Das größte bewegliche Radioteleskop befindet sich in Effelsberg. • Ø     Es besitzt einen 100 m großen Antennen- • "Spiegel". • Ø     Es wurde 1972 in Betrieb genommen und • kostete ca. 29 Mio. DM.

23. Ø     Das größte feststehende Radioteleskop -Arecibo – befindet sich in Puerto Rico. Ø     Es hat einen 305 m großen Spiegel, der fest zwischen Bergen eingebaut ist.

24. 4. Der Satellit – Beobachter im All • 4.1. Geschichte • 4.2. Aufbau • 4.3. Transport • 4.4. Arten von Satelliten

25. 4.1. Geschichte • Der sowjetische Satellit Sputnik 1 startete am 4. Oktober 1957 zum ersten Flug in die Erdumlaufbahn. • In den folgenden Jahren wurde eine Vielzahl von Satelliten in den • Weltraum geschickt. • Die meisten von ihnen • starteten in den • Vereinigten Staaten und • der damaligen SU. • Ende 1986 waren von • den mehr als 3500 • gestarteten Satelliten • noch etwa 300 in Betrieb.

26. 4.2. Der Aufbau des Satelliten • Die Energieversorgung erfolgt durch Photozellen oder durch Batterien, die oftmals über Solarzellen aufgeladen werden. (Häufig wird auch Kernenergie eingesetzt.) •  Satelliten sind mit Sendern ausgestattet, die die an Bord gewonnenen Daten auf die Erde übertragen. •   Außerdem besitzen sie Funkempfänger und elektronische Datenspeicher sowie Steuereinrichtungen wie Radar und Sternfolgesysteme.

27. 4.3. Transport der Satelliten • Satelliten werden durch mehrstufige Raketen in die Umlaufbahn gebracht. • Um die Startkosten zu reduzieren, hat die NASA das mehrmals verwendbare • Spaceshuttle entwickelt. • Es kann in seinem Laderaum Satelliten transportieren, die dann in der • Umlaufbahn ausgesetzt bzw. eingefangen werden. • Das erste Spaceshuttle kam 1984 zum Einsatz. • Ein solches Spaceshuttle – Discovery - transportierte beispielsweise das • Hubble-Weltraumteleskop, welches am • 24. April 1990 in die Erdumlaufbahn • gebracht wurde. • Dieses Bild stammt vom 25. April 1990 • und wurde vom Laderaum des • Spaceshuttles Discovery aufgenommen.

28. 4.4. Arten von Satelliten • Erdbeobachtungssatelliten • dienen der Beobachtung der gesamten Erdoberfläche • helfen , das Klima, das Wetter und die Umwelt zu erfassen Navigationssatelliten • die Ortung erfolgt per Satellit • ermöglichen die Positionenbestimmung zu Land, See und in derLuft Kommunikationssatelliten • 1962 wurde das 1. Telephongespräch mit einem Satelliten über den Atlantik übertragen

29. Observatorien • Geschichte • Arten • Observatorien in großen Höhen • Keck I und II

30. 5.1. Geschichte • Die ersten astronomischen Observatorien wurden in China undBabylon um 2300 v. Chr. errichtet.  Sie bestanden vermutlich nur auserhöhten Plattformen, die einen ungehinderten Blick auf den Himmel erlaubten. •   Um 300 v. Chr. entstand in Alexandria das berühmtesteObservatorium der Antike. • Es enthielt vermutlich Instrumente wie • ein Astrolabium, mit dem die Positionen • von Sternen oder Planeten zubestimmen • waren (existierte rund 500 Jahre). • Das erste europäische Observatorium wurde 1471 in Nürnberg gegründet.

31. 5.2. Arten von Observatorien • Staatliche Observatorien befassen sich mit der kontinuierlichen • Beobachtung von Sternen und Planeten. • Manche Observatorien beschäftigen sich vorrangig mit dem Aufspüren • und Verfolgen von Kometen und Asteroiden . • Viele der größeren Observatorien arbeiten im Bereich der Astrophysik. •   Einige Observatorien widmen sich mit speziellen Instrumenten der • Erforschung und Beobachtung der Sonne. • Und in den fünfziger Jahren gründete man die ersten Observatorien, die • auf dem damals neuen Gebiet der Radioastronomiearbeiteten.

32. 5.3. Observatorien in großen Höhen • Instrumente wurden mit Hilfe von Ballons oder Raketen in große Höhen befördert. • Einige umkreisen sogar als Satelliten die Erde. • Zum Beispiel das Hubble-Weltraumteleskop. • Es wurde am 24. April in eine 600m hohe Erdumlaufbahn gebracht.

33. Reparatur des Hubble-Teleskops • am 13. Februar 1997 begannen die amerikanischen Astronauten Mark Lee (im Vordergrund) und Steve Smith mit Reparaturarbeiten am Weltraumteleskop Hubble • einige Teile wurden hierbei durch neue, leistungsstärkere ersetzt

34. 5.4. Keck I und II – zwei der leistungsfähigsten Observatorien der Welt

35. sie stehen auf dem Gipfel des Mauna Kea auf Hawaii • beide Teleskope sind 28,6m voneinander entfernt • die Spiegel dieser Teleskope bestehen aus 36 einzelnen Spiegeln  insgesamt Durchmesser von 9,8m • jeder Spiegel kann mit computergesteuerten Stellkolben optimal eingerichtet werden