Een telescoop is een optisch instrument dat licht verzamelt en bundelt om verre objecten groter, helderder en gedetailleerder zichtbaar te maken dan met het blote oog mogelijk is. Het woord "telescoop" stamt uit het Grieks: tele betekent "ver" en skopein betekent "kijken". In de breedste zin van het woord is een telescoop elk instrument dat elektromagnetische straling, zichtbaar licht, maar ook röntgenstraling, radiogolven, infrarood, ultraviolet of gammastraling, opvangt en analyseert om informatie te verzamelen over objecten op grote afstand.
Een korte geschiedenis: sinds wanneer gebruikt de mens telescopen?
De geschiedenis van de telescoop begint in het begin van de zeventiende eeuw in de Nederlanden. In 1608 vroeg Hans Lipperhey, een brillenmaker uit Middelburg, patent aan op een instrument dat hij een "kijker" noemde. Hij had ontdekt dat twee lenzen in een buis op de juiste afstand van elkaar geplaatst verre objecten vergroten. Of Lipperhey werkelijk de uitvinder was, is historisch omstreden, ook Zacharias Janssen en Jacob Metius maakten vergelijkbare aanspraken rond dezelfde tijd. Het octrooi werd hem uiteindelijk geweigerd, vermoedelijk omdat het instrument al te bekend was. De naam die de meeste mensen echter associëren met de uitvinding van de telescoop is Galileo Galilei. De Italiaanse geleerde hoorde in 1609 over het Nederlandse instrument, bouwde er zelf een en verbeterde het al snel tot een vergroting van dertig maal. Zijn waarnemingen waren revolutionair: hij ontdekte de vier grote manen van Jupiter (de zogenaamde Galileïsche manen: Io, Europa, Ganymedes en Callisto), zag dat de Maan bergketens en kraters had, en observeerde de fasen van Venus. Dit waren directe bewijzen die het heliocentrische wereldbeeld van Copernicus ondersteunden en de bestaande kerkelijke kosmologie ondermijnden.
In 1668 bouwde Isaac Newton een fundamenteel ander type telescoop: de reflector. In plaats van lenzen gebruikte hij een holle spiegel om licht te bundelen. Dit loste een hardnekkig probleem op dat lenzenkijkers hadden: chromatische aberratie, waarbij verschillende kleuren licht op iets verschillende punten worden gebroken, waardoor objecten een gekleurde rand krijgen. Newtons telescoop, ook wel de Newtonreflector genoemd, is tot op de dag van vandaag een van de populairste ontwerpen voor amateur-astronomen. In de eeuwen daarna werden telescopen groter, nauwkeuriger en geavanceerder. De negentiende en twintigste eeuw brachten reusachtige kijkers met spiegels van meerdere meters doorsnede. In 1990 werd de Hubble Space Telescope gelanceerd, een ruimtetelescoop die boven de atmosfeer opereert en daarmee ongekend scherpe beelden kan maken zonder de verstoringen van luchttrilling en weersomstandigheden. Sindsdien zijn er tientallen ruimtetelescopen gelanceerd, elk gespecialiseerd in een bepaald golflengtegebied.
Waarom gebruiken we telescopen?
Het menselijk oog is een wonderlijk instrument, maar het heeft fundamentele beperkingen. De pupil heeft een doorsnede van slechts enkele millimeters, waardoor maar een minieme hoeveelheid licht binnenkomt. Sterren, sterrenstelsels en nevels zijn zo ver weg dat hun licht op aarde extreem zwak is. Een telescoop met een grote lensopening, de zogenaamde aperture, vangt duizenden malen meer licht op dan het blote oog, waardoor objecten zichtbaar worden die anders volledig onzichtbaar blijven. Daarnaast lost een telescoop het probleem van scheidend vermogen op. Het oplossend vermogen van een instrument bepaalt hoe dicht bij elkaar twee punten kunnen liggen en toch nog als afzonderlijk worden waargenomen. Een grotere aperture betekent een hoger oplossend vermogen, wat resulteert in scherpere beelden met meer detail. Zo kunnen astronomen de structuur van planeten bestuderen, afzonderlijke sterren in verre sterrenstelsels onderscheiden of de rotatiebewegingen van hemellichamen meten. Een derde reden is wetenschappelijk: telescopen maken het mogelijk om licht te analyseren via een techniek die spectroscopie wordt genoemd. Door het licht van een ster of sterrenstelsel te splitsen in zijn samenstellende golflengten, vergelijkbaar met hoe een prisma wit licht in regenboogkleuren uiteen legt, kunnen astronomen de chemische samenstelling, temperatuur, dichtheid, bewegingssnelheid en zelfs het magnetisch veld van een hemellichaam bepalen. Dit is een van de krachtigste tools in de astronomie.
Hoe werkt een telescoop?
De kern van elke telescoop is het verzamelen van licht. Dit gebeurt via twee fundamenteel verschillende methoden: refractie (breking) door lenzen, of reflectie (weerkaatsing) door spiegels. Een lens werkt op basis van het principe dat licht zijn richting verandert wanneer het van het ene medium (lucht) naar het andere (glas) overgaat. Een bolle lens convergeert parallel invallend licht naar één punt: het brandpunt. De afstand van de lens tot het brandpunt heet de brandpuntsafstand of focuslengte (in het Engels: focal length, aangeduid met f). Een spiegel werkt anders: een holle, parabolische spiegel reflecteert licht zodanig dat alle parallelle lichtstralen samenkomen in één brandpunt. Het principe is wiskundig equivalent aan een lens, maar heeft het voordeel dat er geen kleurscheiding optreedt, omdat licht bij reflectie geen dispersie ondergaat.
De aperture is de effectieve diameter van de primaire lens of spiegel van de telescoop. Dit is de meest bepalende specificatie van een telescoop. Een aperture van 100 millimeter vangt bijna tweehonderd maal meer licht op dan het menselijk oog bij duisternis. De lichtinvang schaalt kwadratisch met de diameter: een telescoop met een aperture van 200 millimeter vangt vier maal meer licht op dan een van 100 millimeter. Voor amateurs geldt als vuistregel: hoe groter de aperture, hoe dieper in het heelal je kunt kijken. Een kleine refractor van 60 millimeter is geschikt voor de Maan en planeten; een reflector van 200 tot 300 millimeter opent de wereld van nevels, sterrenhopen en verre sterrenstelsels.
De vergroting van een telescoop wordt bepaald door de focuslengte van het objectief (de primaire lens of spiegel) te delen door de focuslengte van het oculair. Als een telescoop een focuslengte heeft van 1000 millimeter en je gebruikt een oculair van 10 millimeter, dan is de vergroting 1000 gedeeld door 10, dus honderd maal. Een oculair van 25 millimeter geeft een vergroting van veertig maal. Meer vergroting is niet altijd beter. Bij hoge vergrotingen wordt het beeld donkerder, want hetzelfde licht wordt over een groter oppervlak verdeeld. Bovendien vergroot een telescoop ook de atmosferische turbulentie (seeing in astronomenjargon): de constante beweging van luchtlagen boven je hoofd zorgt ervoor dat sterren flikkeren en trillen, en bij hoge vergrotingen wordt dit effect sterk uitvergroot. Een praktische bovengrens voor de nuttige vergroting ligt bij ongeveer twee maal de aperture in millimeters. Voor een 150 millimeter telescoop is dat dus 300 maal.
Een andere belangrijke parameter is de f/ratio, berekend als de focuslengte gedeeld door de aperture. Een telescoop met een focuslengte van 900 millimeter en een aperture van 100 millimeter heeft een f/ratio van f/9. Een lage f/ratio (f/4 of f/5) betekent een breed gezichtsveld en heldere beelden, ideaal voor diffuse objecten zoals nevels. Een hoge f/ratio (f/10 of hoger) levert een smal gezichtsveld maar is beter voor planeten en andere details bij hoge vergroting.
De belangrijkste typen telescopen
- De refractor
De refractortelescoop is het klassieke ontwerp: lenzen in een buis. Het voordeel is dat het optische systeem gesloten is, waardoor stof en vocht minder invloed hebben en de uitlijning stabiel blijft. Een goed gemaakte refractor levert prachtig contrast, ideaal voor de Maan, planeten en dubbelsterren. Het nadeel is dat goede refractors bij grotere diameters snel duurder worden dan reflectoren van vergelijkbare aperture, en dat chromatische aberratie bij gewone enkelvoudige lenzen problemen kan geven. Apochromatische refractors (APO) gebruiken speciaal glas (ED-glas of fluorietglas) om dit probleem te minimaliseren, maar zijn navenant duurder. - De Newtonreflector
Isaac Newtons ontwerp maakt gebruik van een primaire parabolische spiegel en een kleine platte secundaire spiegel die het licht zijwaarts naar het oculair reflecteert. Reflectoren bieden de meeste aperture voor het geld. Een Dobsonian is een populaire, goedkope en mechanisch eenvoudige variant op de Newtonreflector, gemonteerd op een altazimutale opstelling (horizontaal en verticaal draaibaar). Grote Dobsonians met spiegels van 300 tot 400 millimeter zijn voor veel amateurs de beste keuze voor deep-sky observatie. - De Schmidt-Cassegrain en Maksutov-Cassegrain
Deze zogenaamde catadioptische telescopen combineren lenzen en spiegels in een compact ontwerp. Licht komt via een correctielenssysteem naar binnen, wordt door een primaire spiegel teruggekaatst, weerkaatst via een secundaire spiegel door een opening in de primaire spiegel naar het oculair achteraan de telescoop. Het grote voordeel is de compactheid: een lange focuslengte wordt gevouwen in een korte buis. Een Schmidt-Cassegrain met 200 millimeter aperture en een focuslengte van 2000 millimeter past in een koffer. Dit maakt ze populair voor zowel visuele waarneming als astrofotografie.
Wat kun je allemaal doen met een telescoop?
De Maan is voor veel beginners het eerste object dat ze door een telescoop bekijken, en terecht: zelfs een kleine kijker toont kraters, bergketens, valleidalen en de donkere marevlakten in prachtig detail. Mars laat bij gunstige opposities zijn poolkappen en donkere oppervlaktemarkingen zien. Jupiter onthult zijn wolkenbanden en de vier Galileïsche manen als kleine lichtpuntjes. Saturn met zijn ringen is voor bijna iedereen een onvergetelijke ervaring. Uranus en Neptunus zijn zichtbaar als kleine blauwe of blauwgroene schijfjes, en zelfs Pluto is, zij het als een heel zwak puntje, te traceren voor wie weet waar hij moet kijken.
"Deep-sky" verwijst naar alles buiten het zonnestelsel: nevels, sterrenhopen en sterrenstelsels. Met een middelgrote telescoop opent zich een wereld van prachtige objecten. De Orionnevel (M42) is een gaswolk waar nu nog sterren worden geboren en is al zichtbaar met een kleine kijker. De Andromedastelsel (M31) is het dichtstbijzijnde spiraalsterrenstelsel op 2,5 miljoen lichtjaar afstand en is als vage vlek zichtbaar. Bolvormige sterrenhopen zoals M13 in Hercules zijn bollen van honderdduizenden sterren die oplossen in afzonderlijke lichtpuntjes bij grotere vergrotingen.
Astrofotografie is een fascinerende combinatie van astronomie en fotografie. Met een camera op de telescoop gemonteerd, kunnen lange sluitertijden worden gebruikt om extreem zwakke objecten te fotograferen die visueel onzichtbaar zijn. Moderne digitale sensoren (CCD of CMOS) zijn duizenden malen gevoeliger dan het menselijk oog en leggen structuren en kleuren vast die het oog nooit kan waarnemen. Astrofotografie vereist wel een preciezere uitrusting: een equatoriale montering met motorische navolging (om de aardrotatie te compenseren) en enige kennis van beeldverwerking. Speciale narrowband-filters laten specifieke golflengten door (zoals H-alpha voor waterstof) en maken het zelfs vanuit lichtrijke stedelijke omgevingen mogelijk om spectaculaire beelden te maken van nevels.
Amateurs zijn allesbehalve irrelevant in de moderne astronomie. Ze dragen bij aan het ontdekken van kometen, het monitoren van variabele sterren (sterren waarvan de helderheid verandert), het waarnemen van exoplaneten via de transitmethode (waarbij een planeet voor zijn ster langs trekt en die iets minder helder maakt), het fotograferen van meteoorstromen en het rapporteren van novae en supernovae. Organisaties zoals de AAVSO (American Association of Variable Star Observers) en de KNVWS (Koninklijke Nederlandse Vereniging voor Weerkunde en Sterrenkunde) coördineren zulke bijdragen wereldwijd.
Met een speciaal zonnefilterglas of een dedicated zonnetelescoop kun je zonnevlekken, prominences en fakkels waarnemen op de zon. Nooit zonder filter naar de zon kijken: dit leidt onmiddellijk en onomkeerbaar tot blindheid. Speciale H-alpha-telescopen tonen de zon in een rood waterstoffilter en onthullen dramatische protuberanties, reusachtige lussen van heet gas die duizenden kilometers hoog boven het zonoppervlak uitstijgen.
