Kollimation eines Newtons

Was ist Kollimation?

Einen Newton zu kollimieren heißt, seine beiden Spiegel auf die Achse des Okularauszugs auszurichten. Der Hauptspiegel unten im Tubus bündelt das Licht im Fokus; der kleine, schräg stehende Planspiegel, der Fangspiegel, lenkt es seitlich zum Okular. Steht einer von beiden schief, ist ein Stern kein feiner Punkt mehr, sondern ein kleiner, kommaförmiger Fleck.

Eine Autofahrt, ein Stoß oder ein Temperaturwechsel genügen, um die Spiegel zu verstellen. Die Kontrolle vor der Beobachtung dauert eine Minute, wenn man zu lesen weiß, was der Okularauszug zeigt. Dieser Simulator schult diesen Blick, ohne ein echtes Teleskop anzufassen.

Warum sind lichtstarke Newtons so anspruchsvoll?

Ein Paraboloid ist auf seiner Achse perfekt, und nur dort. Abseits davon verschmiert ein Stern zur Koma, umso schneller, je kleiner das Öffnungsverhältnis f/D (N genannt) ist. Der zulässige Abstand zwischen der Achse des Hauptspiegels und der Okularmitte wächst daher mit N³: Halbiert man N, schrumpft der Spielraum auf ein Achtel.

Dieser Simulator nimmt einen mäßigen Schärfeverlust als Grenze (Strehlwert 0,8 im grünen Licht), was eine Toleranz von etwa 0,0107 × N³ Millimetern im Fokus ergibt. Die Tabelle unten wendet sie auf die vorgegebenen Teleskope an.

In welcher Reihenfolge?

1. Den Fangspiegel mit der zentralen Schraube unter dem Okularauszug zentrieren: Sein Umriss sollte rund und mittig im Auszugsrohr erscheinen.
2. Den Fangspiegel mit seinen drei Justierschrauben ausrichten, bis das Bild des Hauptspiegels vollständig und zentriert im Fangspiegel liegt, mit seinen drei Klammern.
3. Die Konterschrauben des Hauptspiegels lösen, dann an seinen Justierschrauben drehen, bis die Mittenmarkierung das dunkle Spiegelbild des Gucklochs umschließt oder mittig im Ring des Cheshire sitzt. Die Konterschrauben ohne Gewalt anziehen und erneut prüfen.
4. An einem leicht defokussierten Stern bestätigen: Der Fangspiegelschatten sollte in der Mitte des Scheibchens sitzen.

Warum diese Reihenfolge? Den Hauptspiegel beurteilt man durch den Fangspiegel. Verstellt man danach den Fangspiegel, verschiebt sich die Referenz, und der Hauptspiegel muss neu justiert werden. Also zuerst die Referenz einstellen, dann, was von ihr abhängt.

Was jede Ansicht zeigt

Justierkappe

Ein Deckel mit einem kleinen Loch in der Mitte. Er bringt nur Ihr Auge auf die Achse des Okularauszugs, doch das reicht für eine gute visuelle Kollimation. Vom Rand nach innen sehen Sie: das Auszugsrohr, den Umriss des Fangspiegels, darin gespiegelt den Hauptspiegel mit seinen Klammern, in diesem Bild den Schatten von Fangspiegel und Spinne und schließlich die Mittenmarkierung um den schwarzen Punkt.

Sichtrohr

Ein langes, enges Rohr mit einem Fadenkreuz am anderen Ende. Das kleine Feld und das Fadenkreuz erleichtern es, den Fangspiegel zu zentrieren und auf die Markierung auszurichten.

Cheshire

Ein Rohr mit einer 45°-Fläche um das Guckloch, die durch ein seitliches Fenster beleuchtet wird. Im Hauptspiegel gesehen wird diese Fläche zu einem hellen Ring: dem Ziel, in dem Sie die Markierung mit den Justierschrauben zentrieren.

Laser

Der Strahl folgt der Achse des Okularauszugs. Sein Punkt auf dem Hauptspiegel zeigt, ob der Fangspiegel richtig ausgerichtet ist; sein Rückkehrpunkt auf der Mattscheibe, ob der Hauptspiegel justiert ist. Ein selbst dejustierter Laser führt in die Irre: Drehen Sie ihn im Okularauszug, der Punkt darf keinen Kreis beschreiben.

Stern

Etwas vor oder hinter dem Fokus wird ein Stern zu einem Scheibchen mit einem Loch, dem Schatten des Fangspiegels. Dieser letzte Test lügt nicht. Hier ist die Rechnung rein geometrisch: keine Beugungsringe, kein Seeing.

Das Cheshire lesen

Beleuchten Sie das seitliche Fenster mit einer Taschenlampe und schauen Sie durch das Loch. Drei Marken zählen: die weiße Markierung in der Mitte des Hauptspiegels, der helle Ring (das Spiegelbild der Cheshire-Fläche) und der schwarze Punkt in der Mitte (das Spiegelbild des Lochs, also Ihres Auges).

Liegt die Markierung nicht in der Mitte des Rings, ist der Hauptspiegel verkippt. Drehen Sie eine Justierschraube und beobachten Sie das Bild: Die auf dem Spiegel klebende Markierung bewegt sich kaum, Ring und schwarzer Punkt aber deutlich. Ein Spiegel, der sich um einen Winkel dreht, lenkt das Licht um den doppelten Winkel ab, daher die Empfindlichkeit.

Versuchen Sie nicht, den Fangspiegelschatten im Bild des Hauptspiegels zu zentrieren. Mit einem versetzten Fangspiegel, wie in diesem Modell, wirkt er auch bei richtiger Justage leicht außermittig. Auch der Umriss des Fangspiegels kann etwas außermittig erscheinen, umso mehr aus größerem Abstand (Cheshire, Sichtrohr).

Kollimiert, aber der Fangspiegel wirkt schief?

Manchmal ist die Kollimation gut, jede Marke schön zentriert im Okularauszug, und doch wirkt der Fangspiegel, direkt durch die Tubusöffnung betrachtet, deutlich schief: stark gekippt und gegenüber dem Okularauszug verdreht.

Das heißt: Der Fangspiegel war anfangs auf seiner zentralen Schraube verdreht, seine Fläche schaute nicht zum Okularauszug. Die drei Justierschrauben haben diese Drehung auf die einzig mögliche Weise ausgeglichen, durch starkes Kippen des Spiegels. Die optische Achse stimmt, aber der Fangspiegel bietet dem Lichtkegel nicht mehr seine ganze Fläche: Ein Teil des Lichts vom Rand des Hauptspiegels kann ihn verfehlen, und das Bild verliert an Ausleuchtung, vor allem zum Feldrand hin.

Abhilfe: die zentrale Schraube etwas lösen, den Fangspiegel um sich selbst drehen, bis er genau zum Okularauszug schaut (rund und zentriert im Sichtrohr), wieder festziehen und die Kollimation von vorn beginnen: zentrieren, ausrichten, dann der Hauptspiegel.

Konventionen und Grenzen der Simulation

• Justierschrauben des Hauptspiegels, von hinten auf das Teleskop gesehen: Im Uhrzeigersinn dringt die Schraube ein und drückt den Spiegel an ihrer Stelle zum Himmel. Gewinde M6 (1 mm je Umdrehung), drei Schrauben unter 120° auf einem Kreis mit Radius 0,42 × D. Der Spiegel ruht auf ihren drei Spitzen: Ihre Ebene bestimmt seine Kippung.
• Justierschrauben des Fangspiegels, von der Tubusöffnung aus gesehen: Im Uhrzeigersinn dringt die Schraube ein und drückt diese Seite des Halters zum Hauptspiegel. Gewinde M4 (0,7 mm je Umdrehung), drei Schrauben unter 120° auf einem Kreis mit Radius 0,32 × kleine Achse. Die zentrale Schraube (M5, 0,8 mm je Umdrehung) verschiebt den Fangspiegel längs des Tubus: im Uhrzeigersinn zur offenen Tubusseite.
• In der Ansicht im Okularauszug liegt die offene Tubusseite oben. Jedes Pixel ist ein Strahl vom Guckloch aus, umgelenkt vom Fangspiegel und dann vom parabolischen Hauptspiegel, in ihren Lagen aus der 3D-Ansicht. Der Fangspiegel ist nach der klassischen Auslegungsformel des Newtons versetzt.
• Erfolgsschwellen: Fangspiegel besser als auf 3 % seiner kleinen Achse zentriert (mindestens 1 mm), Achse des Okularauszugs innerhalb von 2 % von D um die Mitte des Hauptspiegels (mindestens 2 mm), Achse des Hauptspiegels innerhalb der N³-Toleranz oben.
• Nicht simuliert: die Rechtwinkligkeit des Okularauszugs, die seitliche Zentrierung des Fangspiegels (über die Spinnenstreben eingestellt) und seine Drehung um die zentrale Schraube, bei einem Seriengerät selten nötig.