Die Grenzgröße oder Grenzhelligkeit ist ein Begriff aus der Beobachtenden Astronomie und beschreibt die momentane Durchsichtigkeit der Atmosphäre.
Sie wird in Magnituden ("Sterngröße" mag) angegeben und beschreibt die scheinbare Helligkeit jener Sterne, die am Nachthimmel gerade noch wahrnehmbar sind.
Beobachtet man freiäugig – also ohne optische oder technische Hilfsmittel – so wird die Grenzgröße des natürlichen, sternklaren Himmels angegeben. Sie hängt vor allem von den Wetter- und klimatischen Bedingungen des Standortes ab, von seiner Lichtverschmutzung und vom Auge des Beobachters. Mindernde Einflüsse sind auch eventuelles Mondlicht, restliches Dämmerungs-Licht und ungenügende Adaptation des Auges an die Dunkelheit, die etwa 20–30 Minuten dauert.
Auf freiem Land weit außerhalb von Städten beträgt die Grenzgröße
Die Straßenbeleuchtung kann die Grenzgröße um bis zu 3 mag senken, die Luftverschmutzung (Dunstglocke) noch zusätzlich. Am Stadtrand und in Außenbezirken beträgt die Grenzgröße etwa 3–4 mag, kann aber in sehr hell erleuchteten Großstädten auf 1–2 mag sinken, d. h. es sind nur noch die hellsten 5 bis 10 Sterne 1.Größe sichtbar.
Bei Benutzung eines Feldstechers oder eines astronomischen Fernrohrs verschiebt sich die Grenzgröße zu wesentlich schwächeren Sternen, und zwar theoretisch im Verhältnis der Pupillengröße zur Apertur (freien Öffnung) des Fernrohr – vorausgesetzt, die Austrittspupille (der aus dem Okular austretende Lichtstrahl) ist nicht größer als die Pupille des Auges. Zu berücksichtigen ist aber noch der Lichtverlust innerhalb der Optik, der meist mit etwa 20 Prozent veranschlagt wird. Bei exzellenter Vergütung liegt er darunter.
Die im Dunkeln herrschende Pupillengröße liegt bei Kleinkindern (die wohl selten ein Fernrohr benützen) bei 8 mm, später bei 7 mm, und sinkt im Alter auf 5–6 mm. Ein Feldstecher 7×50 hat gegenüber den 7 mm des Auges die 50-fache Fläche. Mit seiner Austrittspupille von ebenfalls 7 mm bringt er also Jugendlichen mit dunkelangepasster Pupille einen Faktor 50 oder 4,2 Größenklassen, mit 25 % Lichtverlust 3,9 mag. An einem guten Beobachtungsplatz in Mitteleuropa sehen diese damit also noch Sterne der 9. bis 10. Größenklasse. In die Pupille von Senioren gelangt aber nur die Hälfte des Lichts, sowohl ohne als auch mit diesem Feldstecher. Das theoretische Verhältnis ändert sich nicht, doch praktisch sieht es für alte Leute eben schlechter aus.
Bei einem Achtzöller, dem Standardinstrument der Amateurastronomen, nimmt die ins Auge fallende Lichtmenge wegen der größeren Öffnung von rund 200 mm (eine Vergrößerung von mindestens 30× vorausgesetzt) auf das 16-fache zu, die Reichweite also um weitere 3 mag. Mit einer Grenzgröße von nunmehr etwa 13 mag (der Lichtverlust ist bei modernen Cassegrain-Systemen geringer) kann man z. B. im bekannten Kugelsternhaufen M13 (Sternbild Herkules) schon zahlreiche Sterne am Rand erkennen. Für den Zentralstern im Ringnebel (14,7 mag), dessen Aufnahmen an Riesenteleskopen oft zu sehen sind, wäre hingegen ein mindestens doppelt so großer Teleskopspiegel erforderlich.