Der Sekundentheodolit Theo 010

Der Sekundentheodolit Theo 010
Ein Beitrag von Bruce Mayo

Nach 1955 war der Theo 010 "der Präzisions-Theodolit" der Jenaer Zeiss-Werke.
Der Theo 010 wurde in der ersten Version bis ca. 1970 hergestellt, als er vom Theo 010A abgelöst wurde.
Er wurde in der DDR, in Osteuropa und auch im British Commonwealth in der Landesvermessung, im Bau und in der Staudammüberwachung eingesetzt.

Es war ein Theo 010, der den Fernsehturm in Ostberlin bis auf 5 cm zur Senkrechten gebracht hat (nach Henneke und Werner, "Ingenieur-Geodäsie", VEB Bauwesen, 1986).

Ein Theodolit "Theo 010" mit aufgesetzter Horrebow-Libelle.
Während die meisten Theo 010 dunkelgrün angestrichen waren, erschienen die Instrumente der letzten Serie, aus der das abgebildete Instrument stammt, in grau. Die gedrungene Bauform des Spiegelfernrohres ist deutlich zu erkennen.
Ganz links oben ist das "Schnittbild" der Horrebow-Libelle, die hier als Koinzidenzlibelle ausgeführt ist, deutlich zu erkennen. Die beiden Blasenhälften sind nicht ganz eingespielt.
Auf die beiden Okulare für das Fernrohr und für das Ablesemikroskop sind Steilsichtprismen aufgesetzt.

Horrebow-Libelle
Astronomische Messungen der Längen- und Breitengrade spielten in den fünfziger Jahren noch eine wichtige Rolle in der Landesvermessung, z. B. in den Kolonialgebieten in Afrika und Asien, wo die Vermesser oft zu Fuß und auf Pferd unterwegs waren.
Die meisten Theodoliten für astronomische Messungen waren relativ schwer und umständlich zu transportieren. Ein Wild T-3 wiegt zweimal so viel wie dieser Theo 010, und ein Askania TPR fast sechsmal so viel (vgl. Deumlich, "Instrumentenkunde der Vermessungstechnik" VEB Bauwesen, 1980). Mit dem Theo 010 hatte man einen nur 5,3 kg schweren Theodolit, mit dem man terrestrische und astronomische Messungen mit hoher Genauigkeit (bis zur zweithöchsten Ordnung) durchführen konnte. Für astronomische Messungen konnte ein Beobachter die hier gezeigte Horrebow-Libelle auf Bruchteile einer Bogensekunde lesen, ohne den Kopf vom Fernrohrokular weit entfernen zu müssen (dank der Koinzidenzablesung; siehe gespaltenes Bild der Libellenblase, oben links). In seiner Auflösung übertraf das Spiegellinsenfernrohr alle vergleichbaren Instrumente. Für Sternbeobachtungen gab es eine besondere Strichplatte mit 8 parallel gezogenen Linien, womit man die Zeit einer Sternkoinzidenz aus 8 nacheinander folgenden Strichdeckungen mitteln konnte.
So konnten sorgfältige astronomische Positionsmessugen mit dem Theo 010 eine Genauigkeit von 60 Metern erreichen.

Vorderansicht.
Mitten in der Fernrohröffnung ist eine silberne Scheibe sichtbar; dies ist der zweite (sekundär-) Spiegel eines Spiegelteleskops. Das Spiegellinsen-Fernrohr des Theo 010 war wohl der letzte grosse Innovationssprung in der Geschichte der rein optischen Theodolite.
Aber ausser VEB Carl Zeiss hat nur Kern, mit dem DKM3-F, ein solches Fernrohr je in einen Theodolit eingebaut, und auch die späteren Zeiss-Modelle Theo 010A und 010B zeigen diese Fernrohrkonstruktion nicht mehr.
Die Gründe liegen sowohl in den Herstellungskosten des Fernrohrs, die relativ hoch waren, als auch in der verschwundenen Nachfrage nach kleinen Präzisionsinstrumenten, die für terrestrische und astronomische Messungen gleichermassen geeignet gewesen wären.
In "Die Fernrohre und Entferungsmesser" (Springer, 1959) stellt Köhler dieses Fernrohr als eine Weiterentwicklung des aus der Astronomie bekannten Schmidt-Teleskops dar; es ähnelt äusserlich sehr der Maksutov-Cassegrain-Konstruktion, die für kleine astronomische Teleskope und für Fotoobjektive verwendet wird.
Aus der wissenschaftlichen Literatur der fünfziger und sechziger Jahre kann man schließen, dass das neue Fernrohr dem Theo 010 auch bei terrestrischen Messungen eine Zielgenauigkeit gab, die bedeutend höher war, als die aller anderen vergleichbaren Instrumente. Die Fernrohrkonstruktion wurde von Horst Köhler berechnet, der später nach Oberkochen, zum 'kapitalistischen' Zeiss-Betrieb wechselte.

Für astronomische Anwendungen gilt das Maksutov heute immer noch als die beste aber auch teuerste Lösung.

Für einen Theodoliten hat Köhlers Konstruktion zwei wichtige Vorteile:

Erstens hat sie - wie alle Spiegelfernrohre - so gut wie keinen Farbfehler.
Ein Theodolitfernrohr dient dazu, einen Strich im Fadenkreuz mit einem fernen Objekt zur Deckung zu bringen. Die unvermeidlichen Farbfehler der mit Lichtbrechung arbeitenden Linsenfernrohre haben aber zur Folge, dass das reale Abbild des Ziels nie in einer einzigen, Ebene liegt, sondern (je nach Farbe) teilweise vor, teilweise hinter dem Fadenkreuz. Im Gegensatz dazu arbeiten Spiegelsysteme mit dem Prinzip der Totalrefexion, was den Farbfehler prinzipbedingt vermeidet.
(Der Farbfehler ist die Ursache des violetten Farbsaums, den man auch in guten Ferngläsern um helle Objekte erkennen kann.)
Beim Linsenfernrohr verhindert also die Streuung des Bilds einen sicheren Vergleich des Bildes mit dem Strich auf der Strichplatte (Parallaxfehler), aber im Spiegelfernrohr können beide genau in derselben Ebene liegen.

Zweitens hat Köhlers Konstruktion eine erhöhte optische Auflösung (d.h., die Fähigkeit, zwei ferne, nebeneinander liegende Punkte zu unterscheiden).
Die Spiegellinsenkonstruktion erfordert in der Mitte der Fernrohröffnung einen kleinen Spiegel, der das Licht vom Hauptspiegel zum Beobachter zurückschickt.
Normalerweise versucht ein Fernrohrkonstrukteur, diesen Spiegel klein zu halten, damit er wenig Licht blockiert. Hier aber hat Köhler absichtlich einen grossen Spiegel eingesetzt, der fast ein Drittel des einfallenden Lichts schluckt.
Der Grund: Vermessungsziele sind selten zu lichtschwach - aber sie können nie zu scharf sein.
Bei Sternbeobachtungen muss man die Helligkeit mancher Sterne sogar mit Gittern abschwächen, um einen möglichst kleinen sichtbaren Punkt zu bekommen.
Die ringförmige Öffnung des Fernrohrs, die um den grossen Sekundärspiegel übrigbleibt, vermindert die Lichtstärke und den Kontrast, aber sie verstärkt die Lichtdiffraktion auf eine Weise, die die Auflösung des Bilds erhöht.
Somit hat das Fernrohr mit 53 mm Öffnung die diffraktionsbegrenzte Auflösung eines konventionellen Fernrohrs mit 60 mm Öffnung.

Obwohl Köhlers Fernrohr für astronomische Beobachtungen optimal war, fiel der Theo 010 bei terrestrischen Vermessungsaufgaben leider etwas weniger aus der Reihe. In Zeitschriften der Zeit wird berichtet, dass viele Benutzer den Theo 010 etwas gewöhnungsbedürftig fanden, und daß die exzellenten Laborwerte für Genauigkeit nur mit viel Übung zu erreichen waren. Als "Leichtgewicht höchster Genauigkeit" konnte er sich also nicht etablieren.

 Tragweise des "Leichtgewichts" im geschulterten Transportbehälter aus Holz.

Im Vergleich mit den besten Instrumenten seiner Zeit waren die vertikale Achsenführung und die Genauigkeit der Kreisablesung nur 'auch gut'.
Die Genauigkeit einer Kreisablesung ist prinzipiell durch die Größe des Teilkreises begrenzt.
So überrascht es nicht, daß der Theo 010, mit einem Kreis von 82 mm Durchmesser, im alltäglichen Einsatz einen mittlern Richtungsfehler von ca. 1,3 Sekunden zeigte, etwa 30 Prozent mehr als der Fehler eines (zweimal schwereren) T-3 mit einem Kreis von 135 mm.
Damit war der Theo 010 aber mindestens ebenbürtig mit den anderen Theodoliten seiner Gewichtsklasse.

Der Theo 010A bzw. 010B trägt zwar noch den Namen des Theo 010, ist aber ein völlig neues Instrument.
Er ist fast 1 kg leichter, und die Zusatzteile wie Horrebow-Libelle, Reiterlibelle und astronomische Strichplatte, die für die astronomischen Anwendungen des Theo 010 gedacht waren, gehörten nicht mehr zu seiner Ausstattung.

Der Beitrag wurde von Bruce Mayo verfaßt, ihm gilt mein herzlicher Dank.