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Wie sieht ein Farbfehler aus?
Über die Wahrnehmung der Farbfehler verschiedener Teleskope

Der "Farbfehler" ist immer wieder auch ein Streitthema, besonders wenn es um die Bewertung unterschiedlicher Geräte durch verschiedene Beobachter geht, die oft auch nicht gemeinsam beobachtet haben.
Gemeint ist mit dem Begriff "Farbfehler" im Folgenden der "Farblängsfehler", der entsteht, wenn eine Teleskopoptik eine unterschiedliche Brennweite oder wenigstens doch einen unterschiedlichen Schärfepunkt für die verschiedenen Lichtfarben hat. Das ist bei sehr vielen Linsenteleskopen, also Refraktoren der Fall, selbst bei Geräten, die als Apo verkauft werden. Nur wenige und üblicherweise sehr teure Linsenteleskope, zeigen keinen solchen Farbfehler. Reine Spiegelteleskope zeigen auch keinen Farbfehler und bei den allermeisten Katadioptern (Spiegelteleskope mit zusätzlichen Linsen) ist der Farbfehler "unsichtbar gering".
Nun könnte man sich den ganzen Artikel über Farbfehler sparen, wenn der Farbfehler immer gleich wäre. Das ist aber nicht der Fall. Der Farbfehler ist nicht nur von Teleskop zu Teleskop verschieden, sondern er wird dann auch unterschiedlich wahrgenommen und auch das Auge und damit das Alter des Beobachters spielen dabei eine Rolle. Somit entscheidet auch die Beobachtungserfahrung darüber, wie der Farbfehler wahrgenommen wird.

Am bekanntesten ist allgemein das Aussehen des Farbfehlers eines Achromaten oder Fraunhofer Luftspalt-Achromaten. Aber selbst hier ist der Farbfehler unterschiedlich je nach Teleskop.
Der klassische Fraunhofer ist recht langbauend, gerne werden zum Beispiel 100mm Öffnung mit 1500mm Brennweite  oder auch 80/1200 als "echte" FH bezeichnet. Bei den Geräten ist der sichtbare Farbfehler recht moderat. Sie sind auch ein gutes Beispiel für das Thema des Artikels, denn der Farbfehler eines 80/1200 ist schon recht interessant. Betrachtet man mit einem solchen Gerät den Mond bei schwacher Vergrößerung, so lässt sich zunächst kein Farbfehler finden. Das Bild ist neutral grau, es gibt also auch keinen Farbstich. Bei hoher Vergrößerung fällt aber zunächst auf, dass am Terminator Bergspitzen, die beleuchtet aus der dunklen Umgebung hervorstechen, deutlich gelblich erscheinen anstatt weiß, wie es sein sollte. Bei genauem Hinsehen lässt sich auch der Grund dafür erkennen. Diese Bergspitzen sind umgeben von einem großen violetten Lichthof, der nur sehr schwach erkennbar ist. Betrachtet man diesen Saum an einem Stern, so wird er bis zum fünffachen Durchmesser des Beugungsscheibchens groß sein. Hier wird also der violette Farbanteil auf einen sehr großen Kreis verteilt, wodurch der Farbsaum sehr dunkel und entsprechend schwer erkennbar wird. Sein Licht fehlt aber dem Stern oder dem feinen Punkt der "Bergspitze", und dadurch ändert sich dessen Farbe von Weiß zu Gelb, was wegen der Helligkeit viel auffälliger ist, als der violette Halo. Im Bereich der voll beleuchteten Mondoberfläche ist der Gelbstich des Bildes nicht mehr wahrnehmbar, weil hier jede Stelle des Bildes genauso viel violettes Licht in seine Umgebung streut, wie aus den benachbarten Bildbereichen "zurückgegeben" wird. Dadurch erscheint das Bild in solchen Bereichen ohne Farbstich. Details, die rein im violetten Licht erkennbar wären, werden aber praktisch unbeobachtbar sein, sie sind entsprechend fünf mal unschärfer, als Details in den übrigen Farben.

Ein schwacher Violettsaum ist kaum zu bemerken, färbt aber das Beugungsscheibchen gelblich.

Betrachtet man demgegenüber einen Luftspalt Achromaten mit 90mm Öffnung und 1000mm Brennweite, was immer noch als recht nahe am klassischen FH gesehen wird, so ändert sich der Farbfehler schon deutlich. Der Farbsaum wird nun nicht nur an Sternen und am Mondrand deutlich sichtbar, sondern auch an einzelnen Mondkratern und am Mondterminator allgemein, sowie am Rand von Planeten, Mondschatten auf Jupiter, usw. Der Saum hat eine violett-bläuliche Färbung und setzt sich nun schon aus violettem, blauen und roten Licht zusammen. Typisch für diese klassisch abgestimmten Geräte ist, dass man einen Stern als grünlich mit blauem Rand oder bläulich mit gelbem Rand fokussieren kann. Es gibt also quasi einen Fokus im Grünen und einen Fokus im Blauen. Der Fokus im Grünen bei normalerweise 546nm Wellenlänge ist allgemein besser und die Geräte werden darauf ausgelegt, hier die beste sphärische Korrektur zu zeigen. Da der Farbsaum recht augenfällig ist, fällt meist der entstehende Gelbstich des "scharfen Bildanteils" intuitiv weniger auf. Wenn man den violetten Saum deutlich sieht, hat man nicht den Eindruck, dass das ganze Bild gelb ist, so wie das beim oben beschriebenen klassischen FH der Fall ist.

Ausschnitt einer Mondaufnahme mit einem 80/1200 FH (Vixen 80L).

Beim "Comet Catcher", der heute meist als Luftspalt Achromat zu finden ist, aber ein für einen Refraktor sehr schnelles Öffnungsverhältnis hat, würde sich der Farbfehler zunächst drastisch verstärken. Betrachtet man ein Teleskop mit f/15 (z.B. 80/1200 oder 100/1500) gegenüber einem Teleskop mit f/7,5 (z.B. 80/600), so ist zunächst mal der Farbsaum bei f/15 nur halb so groß wie bei f/7,5, gleichzeitig aber liefert eine Optik mit f/7,5 nur halb so große Beugungsscheibchen wie eine mit f/15. Das heißt, beobachtet man mit 80/1200 gegenüber 80/600, so erscheint bei gleicher Vergrößerung der Farbsaum des 80/600 im Okular bzw. am Stern vier mal so groß wie beim 80/1200. Und andersherum betrachtet, muss man bei einer Verdoppelung der Teleskopöffnung die Brennweite um das vierfache (zwei zum Quadrat) steigern, damit der Farbfehler vergleichbar gering ausfällt.
Bei den heute verbreiteten schnellen Achromaten, bei denen f/5 und f/6 üblich sind, und f/8 schon "moderat" zu nennen ist, wird allerdings noch in die optische Trickkiste gegriffen. Und zwar werden die Achromate hier etwas anders abgestimmt. Wie oben schon beschrieben, findet man bei einem Achromaten klassischer Auslegung einen grünen und einen blauen Fokus. Beim schnellen Achromaten werden heute üblicherweise die Optiken so abgestimmt, dass ein roter und grüngelber Fokus dicht beieinander liegen, allerdings auf Kosten des Effekts, dass im Blauen der Farbsaum nochmals größer und kräftiger wird, so dass hier überhaupt kein Fokus mehr zu finden ist.
Der Effekt auf die Wahrnehmung bleibt dann auch nicht aus, zwar kann der Farbsaum nicht verschwinden, aber der violette und tiefblaue Farbanteil wird dadurch auf eine so große Fläche verteilt, dass dieser Farbfehler dunkel wird. Zusätzlich entsteht natürlich auch ein recht heller Farbsaum, der aber eher türkis ist. Entsprechend stark gelbstichig wird der scharfe Bildanteil, und letztendlich ist es völlig unmöglich, mit einem solchen Gerät irgendwelche blauen Details erkennbar werden zu lassen. Selbst mit engbandigen Farbfiltern ist dann kein wirklich sauberer Fokus mehr zu erzielen. Aber es gibt gute Chancen, mit Gelbfiltern den krass unscharfen Farbanteil von Violett bis Blau fast völlig auszufiltern.

Bei den verschiedenen Apos, ED-Apos, SD-Apos und Halb-Apos kann man nun keine generelle Beschreibung mehr abliefern, hier unterscheiden sich die Objektive je nach Hersteller, Glassorten und Optikrechnung. Aber generelle Tendenzen sollte man schon aufzeigen.
Zunächst mal wird bei Halb- bzw. Semi-Apos der Farbfehler gegenüber dem Achromaten reduziert. Fotografisch, wenn es nämlich um Langzeitbelichtung geht, wird der Effekt auch recht deutlich, denn hier wird durch die lange Belichtungszeit auch ein schwacher Farbsaum kräftig sichtbar. Fotografisch hat auch ein schneller Achromat einen großen Nachteil, wenn dieser den beschriebenen Versatz der optimalen Korrektur hin zum gelbgrün/roten Fokus zeigt, weil der nochmals größere Farbsaum von Blau und Violett voll im Bild durchschlägt. Ein Semi-Apo ist also fotografisch durchaus interessant, und ein Achromat mit reduziertem Farbfehler, z.B. Vixen Neo-Achromat,  ebenfalls. Allerdings kann ein Semi-Apo oder ein Achromat mit reduziertem Farbfehler nicht die Ansprüche aller Astrofotografen erfüllen.
Visuell hingegen verkleinert sich der Farbsaum, da aber auf den kleineren Farbsaum eine ähnliche Menge violetten und blauen Lichts fällt, wird dieser hell genug, um auch bei schwächeren Sternen sichtbar zu werden. Das heißt visuell tut sich hier effektiv nicht viel gegenüber anderen, “normalen” Achromaten.
Ähnliches gilt auch für den Restfarbfehler von schnellen ED-Apos oder auch zu schnell gebauten Kalziumfluorit-Apos. Fotografisch ist deren verkleinerter Farbsaum sehr willkommen, visuell aber ist der Farbsaum recht hell und damit durchaus auch deutlicher als beim klassischen Fraunhofer. Immerhin geht beim ED-Apo der Farbstich des Bildes verloren, weil die Farbsäume so klein sind, dass den feinen Bilddetails die Farbe nicht komplett fehlt.
Bei solchen Geräten spielt auch die Fokussierung eine Rolle, man kann beim Fokussieren dann zwischen z.B. einem rötlichen oder grünlichen Farbsaum "wählen", während es wirklich frei von Farbsaum aber nicht geht. Das beeinflusst auch die Empfindung von Sternfarben, weil das Auge Farbsaum und grellen Stern nicht gut trennen kann und sich dann am recht kräftig gefärbten Farbsaum orientiert und die eigentliche Sternfarbe als Pastellton dann "unterdrückt".  Im direkten Vergleich zwischen ED-Apo und klassisch langem Fraunhofer wird der Gelbstich des FH an Sternen und feinen, hellen Details auffallen, während der violette Farbsaum an flächigen Objekten durchaus weniger auffällig werden kann, als der Restfarbfehler des ED-Apos. Insbesondere ist Saturn ein Beobachtungsobjekt, dass diesen Eindruck hervorrufen kann. Der wenig flächenhelle Planet erzeugt im FH einen entsprechend dunklen, kaum wahrnehmbaren Violettsaum, und durch seine Ockerfärbung ist auch ein Gelbstich wenig augenfällig. Ein ED-Apo mit Restfarbfehelr wird aber einen kleineren, helleren und damit auch gut erkennbaren Farbsaum an den harten Kontrasten am Planetenrand und am Ring, und wohl auch im Bereich der Cassini-Teilung, produzieren. Hier wird die eigentlich bessere Korrektur visuell zum Nachteil.

Erst beim entspannten, langsamen ED-Apo oder eben einem Vollapo, der beim Sterntest im Idealfall ebenfalls frei von Farbe ist, erreicht man eine Korrektur, bei der Farbsäume kleiner als das Airy-Scheibchen und damit für den Beobachter unbeobachtbar sind.

Über diese Eigenschaften der Teleskope hinaus ist aber ein wesentlicher Faktor die menschliche Wahrnehmung. Dass die Farbwahrnehmung nicht bei jedem Menschen gleich ist, wird einem spätestens bei einem Sehtest über die bloße Schärfe hinaus klar, wenn man Zahlen oder Buchstaben in einem bunten “Punktesalat” erkennen soll. Nicht jeder Mensch nimmt Farben gleich wahr, und auch die Wahrnehmung von z.B. Rottönen schwankt von Mensch zu Mensch und besonders bei Männern. Darüber hinaus spielt auch das Alter eine Rolle, denn der Glaskörper des Auges kann sich mit dem alter gelblich verfärben, wodurch die Wahrnehmung blauer Farben leidet. Wenn natürlich das Auge schon ein leichter Gelbfilter ist, dann ist es sehr schwer, einen schwachen, violetten Farbsaum zu erkennen und weil das Gehirn das mit der Zeit ausgleicht, wird das Bild nicht als gelblich empfunden, sondern als normal, es sei denn im direkten Vergleich mit einem Bild ohne einen Farbstich. Überhaupt ist der Mensch sehr gut darin, einen eigenen “Weißabgleich” je nach der Beleuchtungssituation der Umgebung durchzuführen. Ein paar optische Trickbilder basieren auf diesem Prinzip und benutzen dazu gerne gelbe und blaue Farben. Solche Wahrnehmungsunterschiede spielen natürlich auch bei der Erkennung eines Farbfehlers im Teleskop eine große Rolle.
Einen weiteren Einfluß hat die Erdatmosphäre, ein Planet am Horizont wird durch Luftverschmutzung usw. (Stichwort “Extinktion”) gelblich bis rötlich verfärbt, auch hier wird ein violetter Farbsaum quasi “geschluckt” bevor er überhaupt im Teleskop entsteht.
Auch ein Farbstich durch die Teleskopoptik ist möglich, Glassorten, die viel blaues Licht verschlucken, sind aber heute eigentlich kein Thema mehr und auch bei Spiegeln hat man die Transmission sogenannter forcierter Verspiegelungen heutzutage im Griff. Trotzdem gibt es auch solche Einflüsse.
Recht häufig ist das Problem allerdings noch bei Okularen anzutreffen, einerseits gibt es hier wirklich Produkte mit schlechten Glassorten, die einen sichtbaren Gelbstich bewirken (z.B. bestimmte russische Mikroskopokulare), andererseits können aufwändige Okularkonstruktionen mit vielen Linsen allein durch die Menge an Glas und optischen Flächen einen Gelbstich bewirken, auch wenn eigentlich hochwertige Gläser verbaut sind.
Schließlich ist auch das Beobachtertraining gefragt, denn ein Beobachter, der seine Wahrnehmung geschult hat, wird einen schwachen Violettsaum auch in einem ansonsten hellen und kontrastreichen Bild bemerken, spätestens bei genauem Hinsehen. Einem flüchtigen Blick hingegen kann ein so schwaches Detail durchaus entgehen.