Ferngläser

Was wäre, wenn Sie auf dem Mond spazieren gehen oder einem Elefanten direkt in die Augen schauen könnten? Ferngläser und Teleskope sind die nächstbeste Lösung. Sie bringen Sie mitten ins Geschehen, ohne dass Sie einen Muskel bewegen müssen.
Ferngläser basieren auf der Wissenschaft der Optik und einigen ziemlich cleveren Tricks, die Linsen mit dem Licht anstellen.
Aber wie genau zoomt ein Fernglas Sie von Ihrem Sessel in die Mitte des Sonnensystems?
Lassen Sie es uns herausfinden...

Wie Ferngläser Linsen verwenden
Die Art und Weise, wie sich das Licht biegt, wenn es von der Luft in ein anderes Material (z. B. Wasser oder Glas) gelangt, nennt man Brechung. 
Die Brechung ist der Schlüssel zur Funktionsweise von Linsen - und Linsen sind der Schlüssel zu Ferngläsern, Teleskopen und Brillen. 
Aber wie kommen wir von der Lichtbeugung im Wasser zu einem coolen Fernglas, mit dem wir den Mond studieren können?

Wasser, das sich in einem Glas befindet, scheint einen geraden oberen Rand zu haben, obwohl er sehr leicht gekrümmt ist (der gekrümmte Rand hat einen besonderen Namen: er wird Meniskus genannt). 
Wenn Sie ein Glas auf eine Zeitung stellen und gerade nach unten schauen, sieht das Zeitungsbild genauso aus wie normal. 
Das liegt daran, dass die Oberseite des Wassers effektiv gerade ist. Hätte das Wasser jedoch eine gekrümmte Oberseite, würde der Zeitungsdruck vergrößert aussehen. 

Arten von Linsen
Eine Linse ist ein gebogenes Stück Glas, das ein bisschen wie eine Linse geformt ist.
Wenn Lichtstrahlen auf eine Glaslinse treffen, werden sie abgebremst und gekrümmt. 
Wenn sich die Linse wie eine Linse (wie eine Kuppel) krümmt, also ihre Außenseite dünner ist als ihre Mitte, nennt man sie eine konvexe Linse. 
Wenn Lichtstrahlen in eine konvexe Linse eintreten, werden sie zur Mitte hin gekrümmt - so als ob die Linse sie ansaugt. 
Das bedeutet, dass eine Konvexlinse weit entfernte Lichtstrahlen in einen Brennpunkt bringt. 
Sie wird auch Konvergenzlinse genannt, weil sie die Lichtstrahlen zusammenführt (konvergiert). 
Wenn man Dinge durch eine konvexe Linse betrachtet, erscheinen sie größer - daher werden konvexe Linsen in Dingen wie Lupen verwendet.

Eine andere Art von Linse krümmt sich in die entgegengesetzte Richtung, wobei die Mitte dünner ist als die Außenseite. Dies nennt man eine konkave Linse. (Sie können sich das leicht merken, wenn Sie sich vorstellen, dass eine konkave Linse in der Mitte einknickt). 
Eine konkave Linse bewirkt, dass sich Lichtstrahlen wie die Linien eines Feuerwerks ausbreiten. 
Stellen Sie sich vor, dass Lichtstrahlen in eine konkave Linse einfallen und dann in alle Richtungen hinausschießen. Deshalb wird eine konkave Linse manchmal auch als Zerstreuungslinse bezeichnet. 
Sie lässt Lichtstrahlen nach außen schießen (divergieren). Konkavlinsen werden in Filmprojektoren verwendet, damit sich das Licht vom Film ausbreitet und einen größeren Bereich abdeckt, wenn es auf die Wand trifft.

Sie können wahrscheinlich sehen, worauf wir hinauswollen. 
Wenn Sie etwas in der Ferne sehen möchten, können Sie zwei konvexe Linsen verwenden, die voreinander angeordnet sind. 
Die erste Linse fängt die Lichtstrahlen des entfernten Objekts ein und erzeugt ein fokussiertes Bild in kurzem Abstand hinter der Linse. Diese Linse wird Objektiv genannt, weil sie dem betrachteten Objekt am nächsten ist. 
Die zweite Linse nimmt dieses Bild auf und vergrößert es, so wie eine Lupe ein Bild auf Papier vergrößert. Man nennt es das Okular. 
Wenn Sie die beiden Linsen in ein geschlossenes Rohr stecken, haben Sie ein Teleskop. 
Sie können Ihr eigenes Teleskop leicht genug mit ein paar Lupen und einem um sie gewickelten Papprohr bauen. 
Binokulare sind einfach zwei Fernrohre nebeneinander, eines für jedes Auge.

Aber es gibt einen Haken. 
Wenn Lichtstrahlen von einem entfernten Objekt durch eine konvexe Linse fallen, können sie sich kreuzen. 
Deshalb sehen entfernte Dinge manchmal verkehrt herum aus, wenn man sie durch ein Vergrößerungsglas betrachtet. 
Die zweite Linse behebt dieses Problem nicht. 
Deshalb haben Ferngläser ein Paar Prismen (große Glaskeile) in ihrem Inneren, um das Bild um 180 Grad zu drehen. 
Ein Prisma dreht das Bild um 90 Grad (kippt es auf die Seite), dann dreht das nächste Prisma es um weitere 90 Grad (kippt es wieder auf die Seite), so dass die beiden Prismen das Bild praktisch auf den Kopf stellen. 
Die Prismen können entweder in einer Rücken-an-Rücken-Anordnung (bekannt als Dachkantprismen) oder um 90 Grad versetzt (bekannt als Porro-Prismen) angeordnet sein.

In der Praxis gibt es in einem Fernglas vier Prismen (zwei für jede "Röhre"), und sie sind dicht gepackt in den beiden "Röhren", in die Sie schauen. 
Wenn Sie sich gefragt haben, warum diese Röhren die Form haben, die sie haben, liegt das einfach daran, dass jede Röhre zwei Prismen in sich aufnehmen muss.

Die Prismen erklären, warum Ferngläser schwer sind und warum sie in der Mitte manchmal recht klobig sind. 
Feldstecher spiegeln die eintreffenden Bilder nur mit Hilfe von Linsen. 
Es gibt keine Prismen, daher sind Feldstecher kleiner, leichter und kompakter - aber die Bildqualität ist schlechter.