Astrofotografie :: Optik - Die optische Brechung

Optik - Die optische Brechung

Nur im idealen Vakuum erreicht das Licht exakt die Lichtgeschwindigkeit. In optisch dichteren Medien, etwa Stickstoff, Wasser oder Glas, ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit geringfügig niedriger. Das hat zur Folge, daß ein Lichtstrahl einer bestimmten Frequenz ("Farbe") seine Richtung ändert, wenn er schräg auf eine Grenzschicht zweier Medien mit unterschiedlicher optischer Dichte trifft. Diesen optischen Effekt nennt man optische Brechung und findet in optischen Linsen und Prismen aller Art ihre technische Anwendung.

		Doch bei der Verwendung von weißem Licht stellt sich sehr schnell ein Problem ein, denn die Brechung hängt nicht nur von der optischen Dichtedifferenz an der Grenzschicht ab, sondern auch von der Lichtwellenlänge. Die einfache Skizze links soll das verdeutlichen: Die optische Grenzschicht hat auf den roten Lichtstrahl (größere Wellenlänge) einen geringeren Einfluß, als auf den blauen Lichtstrahl (kleinere Wellenlänge). Das sichtbare Licht stellt jedoch nur einen winzig kleinen Ausschnitt aus dem gesamten elektromagnetischen Spektrum dar. Am "unteren" - langwelligen - Ende dieses Bereichs schließt sich das infrarote "Licht" an, auf das der Einfluß dieser optischen Grenzschicht nochmals weit geringer ist als auf rotes Licht. Hier wird also schon deutlich, daß man bei der Astrofotografie den destruktiven Effekt der Luftunruhe alleine dadurch vermindern kann, wenn man im infraroten Bereich arbeitet. Mehr dazu im Bereich Aufnahmetechniken.
		Bei einfachen Sammellinsen hat die Wellenlängenabhängigkeit der Brechung fatale Folgen: Wie in der Skizze links gut zu sehen ist, gibt es für weißes Licht, also Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen, keine Brennebene. Vielmehr hat jede Wellenlänge ihre eigene "private" Brennebene. Bei billigen, einlinsigen und damit nicht farbkorrigierten Objektiven und Okularen macht sich dieser Effekt durch starke Unschärfe, sowie durch bunte Farbsäume sehr unangenehm bemerkbar. Nur bei mehrlinsigen, sogenannten Apochromaten, wird dieser Fehler durch das Hinzufügen geeigneter Linsensysteme praktisch vollständig korrigiert.

Bei Spiegeloptiken kann man solche "hausgemachten" Farbfehler getrost vergessen, denn die Reflexion ist von der Lichtwellenlänge völlig unabhängig

• Die Atmosphärische Dispersion

Ganz anders schaut es bei einem atmosphärischen Effekt aus, den wir "Atmosphärische Dispersion" nennen. Durch sie zeigen sich selbst in einer perfekten Spiegeloptik rote und blaue Farbränder, insbesondere dann, wenn stark vergrößert wird. Leider wird dies recht häufig verkannt und einem Fehler in der Teleskopoptik zugesprochen.

Atmosphärische Dispersion Das Licht gelangt vom Gestirn in die Erdatmosphäre und wird dort wie in einer Linse "vom Kurs abgebracht". So wie in einer Linse auch, wirkt sich die Brechung bei kurzen Wellenlängen (blau) stärker aus als bei langen (rot). Die Folge ist, daß der "blaue Jupiter" links im Bild etwas höher am Himmel zu stehen scheint als der "rote". Der "grüne" liegt etwa in der Mitte. Überlagert man diese drei Abbildungen, dann resultiert das links gezeigte Bild des Jupiter mit dem typischen blauen Saum oben und dem roten unten.

Die Auswirkung der Atmosphärischen Dispersion nimmt mit zunehmender Höhe des Objekts über dem Horizont ab und liegt etwa in der Größenordnung von 2 bis 4 Bogensekunden bei mittleren Höhen. Wird also nur bei Vergrößerungen ab ca. 100 × auffallen.