Spiegel

Der Spiegel wird auf ein spezielles Glas gedampft. Aber welches sollte es sein und warum ist das wichtig?

Sir Isaac Newton entwickelte das nach ihm benannte Newton-Teleskop um 1672, überzeugt, dass die Farbfehler von Refraktoren nicht vollständig korrigierbar sind. Er setzte polierte Metallspiegel ein, deren Rauigkeit zu einer recht kontrastarmen Abbildung führte. Auch 100 Jahre später experimentierte Sir William Herschel noch mit schnell korrodierenden Metallspiegeln der Meterklasse. Erst um 1880 beherrschte man die Herstellung von genau geformten Spiegelträgen aus Glas und deren Beschichtung mit Silber. Die Trennung von Spiegelträger und reflektierender Oberfläche wurde zum Maß der Dinge.

Heute kommen neben Fensterglas moderne Glas- und Glaskeramiksorten als Träger für die Spiegel von Reflektoren zum Einsatz. Verspiegelt werden sie durch Bedampfen mit Aluminium. Bei der Form unterscheidet man zwischen sphärischen Kugelspiegeln und asphärischen Parabolspiegeln. Kugelspiegel sind einfach herzustellen, allerdings zeigen sie bei Öffnungsverhältnissen unter f/7 unscharfe und kontrastarme Abbildungen durch sphärische Aberration. Ein Parabolspiegel, dessen Herstellung wesentlich komplizierter ist, zeigt keine Abbildungsfehler; für kurzbauende, lichtstarke Reflektoren essenziell.

Unabhängig von der Form des Spiegelträgers darf die Oberfläche des Spiegels nicht mehr als 0,05 Mikrometer von der idealen sphärischen bzw. parabolischen Form abweichen, damit die Qualität den Anforderungen für die astronomische Beobachtung genügt. Ein Mikrometer ist ein tausendstel Millimeter, die Toleranz beträgt nur etwa 1/10 Wellenlänge des sichtbaren Lichts!

Als Spiegelträger kommen verschiedene Materialien zum Einsatz, die sich für praktische Belange vor allem durch ihre unterschiedliche Wärmeausdehnung unterscheiden:

• Fensterglas
• BK7
• Pyrex, LK5
• Zerodur

Fensterglas besitzt die größte Wärmeausdehnung, Zerodur die geringste; umgekehrt verhält es sich mit dem Preis. Pyrex, ein eingetragenes Warenzeichen der US-Firma Corning, ist ein getempertes Borosilikatglas. LK5 ist die russische Variante und zeichnet sich durch eine dünnere Bauweise aus. Zerodur, ein eingetragenes Warenzeichen der Firma Schott, ist eine anorganische, porenfreie Lithium-Aluminium-Siliziumoxid-Glaskeramik.

Grundsätzlich kann die Qualität der Abbildung mit einem Spiegelträger aus billigem Fensterglas genauso gut sein wie mit teurem Zerodur. In der Serienfertigung kommen meist BK7 oder Pyrex zum Einsatz, wobei Pyrex durch seine um 50% geringere Wärmeausdehnung punkten kann. In der Praxis liefert ein Hauptspiegel aus Pyrex in der Auskühlphase eine bessere Abbildung, Sie können die Leistung Ihres Teleskops schneller abrufen. Ein weiterer Vorteil von Pyrex ist seine Härte, das Material lässt sich besonders exakt schleifen.

Die Auskühlzeiten unterscheiden sich nur leicht und sind von der Stärke des Trägermaterials abhängig: je dünner der Träger, desto kürzer die Auskühlzeit. Verändert sich die Temperatur im Laufe der Nacht, sind Sie mit einem Pyrex-Spiegel wiederum im Vorteil. Dies gilt besonders für größere Teleskope, hier ist ein möglichst wenig temperaturanfälliges Material Pflicht.

Hat der Spiegelträger einmal die gewünschte Form, wird unter Hochvakuum eine reflektierende Schicht aus Aluminium aufgedampft. Da Aluminium in der Luft allmählich korrodiert, wird meist zusätzlich eine Quarz-Schutzschicht auf die reflektierende Oberfläche aufgetragen. Dadurch wird der Hauptspiegel robuster und alterungsbeständiger.

Die Spiegelschicht eines durchschnittlichen Reflektors weist ein Reflexionsgrad von etwa 90% auf. Es gibt aber auch teure Hauptspiegel mit Werten von 96-98%. Kritisch ist dieser Unterschied nicht: Ein Reflexionsgrad von je 91% für Haupt- und Fangspiegel würde gegenüber einem Reflexionsgrad von je 99% einen theoretischen Verlust von ca. 0,2 Größenklassen bedeuten, diese „Verbesserung“ kann man optisch kaum feststellen. Auch die oft zitierte Oberflächengenauigkeit von Hauptspiegeln kann maximal innerhalb des Sortiments eines Herstellers verglichen werden, zumal die Prüfverfahren von Hersteller zu Hersteller stark variieren.