天文望遠鏡

望遠鏡與天文望遠鏡之間的本質不同在於為目鏡提供放大對象的不同光學元件。在天文望遠鏡中，光線的聚集不再像望遠鏡那樣通過透鏡的折射來實現，而是通過在凹麵鏡表麵反射來完成，由此自發生成了用來區分這兩種不同儀器的名稱：第一種叫作折射望遠鏡，第二種叫作反射望遠鏡。

天文望遠鏡的發明緊隨望遠鏡之後。意大利的僧侶Zeucchi似乎在1616年就產生了天文望遠鏡的構想，但直到1663年這一創意才在英國物理學家格雷戈裏的筆下成形。通常認為第一架反射式望遠鏡是牛頓發明的，該儀器與格雷戈裏的設想有些不同。隨後，各種型號的天文望遠鏡層出不窮，到了今天也是如此。如文中插圖所示，在牛頓的天文望遠鏡中，獲取的圖像經主鏡凹麵鏡反射到主鏡焦點前呈45度傾斜的副鏡小平麵鏡上，再通過副鏡反射到側邊的目鏡上。在格雷戈裏的最初設想中，天文望遠鏡的觀測同望遠鏡一樣，是在設備後麵進行的，圖像經主鏡和主鏡焦點外的副凹麵鏡兩次反射後，從主鏡中央的小孔射出，到達目鏡；卡塞格林的設計方案同格雷戈裏的類似，不同的是副鏡為凸麵鏡，且位於主鏡焦點之前。這些不同類型的天文望遠鏡可擁有不同焦距，因而在提供某些特定便利的同時，可以或多或少地壓縮設備體積，對於特定的研究而言各具優勢。

赫維留的超長望遠鏡版畫，摘自約翰·赫維留的《天文儀器》，格但斯克，1670年。

（加利福尼亞）帕薩迪納附近威爾遜山天文台的一架大型現代天文望遠鏡的機器裝備

牛頓的反射式望遠鏡（1672年），位於倫敦皇家科學院內。

威廉·拉塞爾的大型青銅反射式望遠鏡（1860）

（芝加哥大學）葉凱士天文台口徑1米的大型望遠鏡——野性世界

在早期的天文望遠鏡中，鏡麵都是由拋光的青銅製成的，很快，人們便對此進行了改進。還要注意的是，由於透鏡鏡片的質量問題遲遲得不到解決，再加上不同曲率鏡片的生產問題，製造這種僅具有單個反射曲麵的元件要比製造透鏡容易得多。反射鏡的另一個優點在於在其表麵反射的各種有色光線不會產生透鏡折射造成不平等的偏斜這樣的問題。綜上，人們有可能製造出比早期望遠鏡更好的儀器，況且在同等的條件下，天文望遠鏡的性能更佳——多虧威廉·赫歇爾自製出超長望遠鏡，他才得以探索太空，有了不朽的發現。一個世紀後，富有的英國業餘愛好者們也以他為榜樣，其中包括拉塞爾和羅斯爵士。他們製造出了對其時代而言異常巨大的天文儀器，羅斯爵士製造出的天文望遠鏡口徑達1.83米，理論上可以放大6000倍！

然而，不管體積多大，這些儀器的功效遠遠不如現代製造出的同等直徑的天文望遠鏡。現代天文望遠鏡的原理要歸功於傅科。傅科給出了一個能提供更完美圖像的拋物線曲率，而不是一個簡單的球麵曲率；他還將反射鏡麵鍍銀，使鏡麵反射能力比原來使用的青銅鏡麵更強。

（加利福尼亞）威爾遜山天文台口徑2.5米的大型天文望遠鏡——威爾遜山天文台

現在正在使用的最大的天文望遠鏡位於美國的威爾遜山天文台（加利福尼亞），口徑達2.5米。順便補充一點，“世界上最大口徑望遠鏡”這一榮銜很快將被帕洛馬山天文台上直徑5米的海爾望遠鏡(1)（依舊在美國）奪去，這架設計精妙的長形建築物正在積極建設中。沒有什麽比反射望遠鏡和迄今還在使用的折射望遠鏡之間的比較更能突出建築業與製造業的潛力了——反射望遠鏡尺寸將很快達到上述該數字，而還在葉凱士天文台（芝加哥）服役的口徑最大的折射望遠鏡的物鏡直徑僅為1米。

我們不會逐個考慮每類儀器的技術優勢，隻是大致了解一下比如那些越來越完善的研究手段的相關情況——它們正被要求提供有關那些我們想了解卻難以接近的天體的資料。在對天文儀器進行描述後，我們有必要研究一下它有多大的力量，特別是這一能夠有效利用的力量可以在多大程度上最終回答天空奇觀所引發的問題，以及它向人類提出的難題。

P處是儀器視野下兩個光點的示意圖解。從視覺上而言，該圖像上的就像一個個小圓盤。在A處使用的物鏡分離能力弱、質量差，所形成的圖像部分重疊在了一起，而在B處使用的物鏡分離能力強、質量高，呈現出的是兩個較小且明顯分開的圓盤。增加應用於A圖像的放大倍數，相應形成了外觀相同、比例放大的圖像A’；增加圖像B的放大倍數，我們會更清楚地看到兩個分開的圓盤B’。

光線的輻射和散射效應扭曲了攝影圖像。在右圖中，在相對於月球亮度的過曝後，我們發現，與剩下的月球輪廓相比，月的輪廓成比例擴大了，但過曝對於獲得清晰的“灰光”而言是非常必要的。在左圖中，寬度遞減的金星的光痕墜向地平線，其亮度逐漸減弱。

(1) 這架望遠鏡直到1948年才建成，成為當時世界上口徑最大的望遠鏡，建成後直徑5.08米。口徑是指望遠鏡的有效通光直徑，口徑越大，分辨率越高，探查暗弱天體的能力就越強。