Praktisches Wissen: Teleskopspiegel schleifen

Praktisches WissenReto vom Blog nachhaltigBeobachtet veranstaltet gerade einen Blog-Karneval zum Thema Praktisches Wissen, an dem ich mich gerne mit einem Beitrag zum aktuellen Leitthema dieses Blogs, der Herstellung von Teleskopspiegeln, beteilige.

Schon Archimedes (287-212 v. Chr.) und Ptolomäus (100-178 n. Chr.) begannen mit ersten Untersuchungen zur Lichtbrechung und Reflexion, aber es dauerte bis ins Jahr 1609, bis mit Galileo zum allerersten Mal ein Mensch ein Fernrohr gen Himmel richtete und seine astronomischen Beobachtungen dokumentierte. Zunächst hatte Galileo sein Fernrohr noch aus Linsen zusammengesetzt, die auf Jahrmärkten als Spielzeug verkauft wurden. Schon bald eignete er sich aber das praktische Wissen der Linsenmacher selbst an, um bessere Fernrohre bauen zu können. Einige Jahre später stellte Nicolaus Zucchius das erste Spiegelteleskop vor, Mitte des 17. Jahrhunderts folgten Gregory, Newton und Cassegrain mit den nach ihnen benannten verbesserten Bauformen für Spiegelteleskope.

Warum erzähle ich das alles? Weil schon damals, Anfang des 17. Jahrhunderts, alle grundlegenden handwerklichen Techniken erfunden waren, die Amateurastronomen auch heute noch einsetzen, um die optischen Komponenten ihrer Geräte herzustellen.

Egal, ob man einen Teleskopspiegel oder die Linse für ein Objektiv schleifen möchte, das Grundprinzip ist sehr einfach. Schleift man zwei Platten gegeneinander und rotiert eine von ihnen dabei auch noch, dann werden sie entweder beide plan (sehr unwahrscheinlich) oder es bildet sich ein erhabener (konvex) und ein hohler (konkav) Kugelabschnitt. Man könnte sagen, den Platten bleibt gar nichts anderes übrig, als diese gewünschte Form eines Kugelabschnitts einzunehmen. Bei jeder anderen Form würden sie nicht mehr perfekt ineinander passen.

Die Aufgabe des Spiegelschleifers besteht nun darin, den Schleifvorgang so zu beeinflussen, dass die (Glas-) Platte, die später zu einer Linse oder einem Spiegel werden soll, exakt die gewünschte Wölbung erhält. Er wird sich dieser Wölbung zunächst mit sehr grobem Schleifmittel nähern und dann langsam zu immer feineren Schleifmitteln übergehen. Nach Abschluss des Feinschliffs soll die Abweichung von der Idealform nur noch wenige Mikrometer (oder sogar weniger) betragen.

Leider ist es damit aber noch lange nicht getan. Die Oberfläche des Hauptspiegels eines guten Spiegelteleskops darf maximal um ein Achtel der Wellenlänge des beobachteten Lichtes von der Idealform abweichen! Für ein Teleskop, mit dem sichtbares Licht beobachtet werden soll, bedeutet das, dass die maximale Abweichung von der Idealform etwa 50 Nanometer betragen darf. Nanometer! Nur zur Erinnerung: tausend Nanometer sind ein Mikrometer und tausend Mikrometer sind ein Millimeter! Dazu kommt, dass sich kaum ein Spiegelschleifer darauf einlässt, es schon bein einem “guten” Spiegel zu belassen. Für einen exzellenten Spiegel gelten logischerweise entsprechend engere Toleranzen.

Gut, aber auch für diese Aufgaben gibt es altbewährte Techniken – das Polieren. Dafür wird das Schleifwerkzeug mit einer Haut aus Pech überzogen. Mit Hilfe von speziellen Poliermitteln wird der Spiegel nun so lange bearbeitet, bis die Oberfläche glatter ist als ein Kinderpopo und den gewünschten Anforderungen an die Form einspricht.

Man kann sich vorstellen, dass es schwierig ist, während der Politur festzustellen, wie groß die Abweichung von der Idealform tatsächlich ist. Mit dem Zollstock kommt man da nicht wirklich weiter. Wo Galileo noch auf das Prinzip “Versuch und Irrtum” angewiesen war, stehen seit Mitte des 19. Jahrhunderts insbesondere durch das Schneidenverfahren nach Foucault (ja genau, der mit dem Pendel) bewährte Testmethoden zur Verfügung.

Um zum Thema des Blog-Karnevals zurück zu kommen: Ohne die praktischen und theoretischen Arbeiten vergangener Generationen währe es heute für Amateure sicher nicht möglich, astronomische Teleskope in der Qualität zu bauen, wie es fast schon üblich geworden ist. Wie es so schön heißt, wir heutigen Schiegelschleifer sind Zwerge, die auf den Schultern von Giganten stehen. Noch vor wenigen Jahren wurde der Selbstbau eines 6-Zoll (150mm) Teleskops für Einsteiger als absolut obere Grenze angesehen. Durch die verbesserte Kommunikation der wenigen Spiegelschleifer über Webseiten und Diskussionsforen ist es heute nicht ungewöhnlich, mit 10-Zoll (250mm) oder sogar mehr anzufangen.

Und ganz zuletzt noch die Frage: Warum tut man sich sowas überhaupt an? Tja, wieso spielt man Fußball oder sammelt Briefmarken, ich weiß es nicht. Ein Aspekt ist, dass man ein Teleskop in vergleichbarer Qualität nur schwer käuflich erwerben kann. Dazu kommt natürlich auch, dass es ein ziemlich erhebendes Gefühl ist, sich mit einem selbst gebauten Teleskop Photonen anzusehen, die den Quasar 3C273 vor 2,5 Milliarden Jahren verlassen haben – einer Zeit, als hier bei uns auf der Erde gerade das erste Leben entstand.


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