Beobachtungsinstrumente Astronomische Beobachtungsinstrumente Martin Ullmann & Caterina Enderlein

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

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

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.

1.2. Die Funktion des Auges Auge besitzt ein optisches System: 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.

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.

2. Das Fernglas Aufbau und Funktionsweise

2.1. Der Aufbau und Funktion Ø   Es 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.

3. Das Teleskop 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

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.

3.2. Arten von Teleskopen Linsenteleskop Radioteleskop Spiegelteleskop

3.2.1. Das Spiegelteleskop – Der Reflektor

Aufbau am hinteren Tubusende. 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.

Funktionsweise Brennpunkt vereint. 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.

3.2.2. Linsenteleskop – Refraktor Aufbau und Funktion

Aufbau Funktionsweise 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.

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

3.2.4. Radioteleskop Aufbau Funktionsweise Geschichte 4. Die größten Radioteleskope

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.

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.

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.

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.

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.

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

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 3 500  gestarteten Satelliten noch etwa 300 in Betrieb.

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.

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.

Kommunikationssatelliten 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 der Luft Kommunikationssatelliten 1962 wurde das 1. Telephongespräch mit einem Satelliten über den Atlantik übertragen

Observatorien Geschichte Arten Observatorien in großen Höhen Keck I und II

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

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 Radioastronomie arbeiteten.

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.

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

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

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