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Optik - Die optische Beugung



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Optik - Die optische Beugung

Ausführliche und anschauliche Beschreibung der optischen Beugung: Als Folge der Welleneigenschaft des Lichts, begrenzt sie das Auflösungsvermögen eines Teleskops mit endlicher Öffnung.

Die optische Beugung macht die Welleneigenschaft des Lichts deutlich: An jedem Hindernis überlagern sich, ´interferieren´ die Wellenfronten des einfallenden Lichts mit den am Hindernis ´gestörten´ - umgelenkten Wellenfronten zu einem Wellenmuster, das den Bildeindruck in der Brennebene leicht verfälscht.

Auch Teleskope mit noch so großer Öffnung verwenden letztlich eine Lochblende, deren Durchmesser eben der Teleskopöffnung entspricht. Als Folge dieses nicht-unendlichen Durchmessers wird ein im Prinzip punktfömiges Objekt als kleines Scheibchen dargestellt, das mit Ringen umgeben ist, deren Intensität sehr stark mit zunehmender Entfernung vom Zentrum des Scheibchens abnimmt.

Diese Scheibchen und Ringe nennt man Beugungsscheibchen bzw. Beugungsringe deren Ausdehnung sich umgekehrt proportional vom Durchmesser der Lochblende verhält. Genau genommen spielt hier die Lichtwellenlänge eine ebenso große Rolle. Da sich unser Auge aber mit einem sehr engen Bereich von 530nm +/- 150nm begnügt, kann man diese mittlere Wellenlänge in grober Näherung als konstant ansehen.

Für die Ausdehnung d eines Beugungsscheibchens (bis zum 1. Minimum) in der Brennebene eines Teleskop mit der Öffnung D, der Brennweite f und der Lichtwellenlänge λ gilt die Beziehung:

d = 2,44 × λ × f/D

An dieser einfachen Gleichung erkennt man leicht, daß die Beugungsscheibchen mit zunehmender Lichtwellenlänge λ größer werden.

 
Beugung Die Abbildung links zeigt eine sehr einfache Simulation der Lichtverteilung einer punktförmigen Lichtquelle, wenn sie bei einer Vergrößerung von ca. 4.500 × durch ein Teleskop mit einer gegebenen Öffnung betrachtet wird.

Teleskopöffnung: mm

Die Praxis:

Eine beugungsbegrenzte Optik mit einer Öffnung von 254 mm bildet eine punktförmige Lichtquelle als Beugungsscheibchen von knapp 0,5" ab. Das ist eine ganz enorme Leistung, doch wird man so ein Beugungsscheibchen in Natura nicht zu Gesicht bekommen, denn das Seeing, die Luftunruhe, läßt in unseren Breiten eine scharfe Abbildung von bestenfalls 1" zu. Einzige Ausnahme sind extrem kurz belichtete Einzelaufnahmen bei denen deutlich feinere Strukturen sichtbar werden können.
 
 


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