望遠鏡的發(fā)展簡史

1、天文望遠鏡是觀測天體的重要手段，可以毫不夸大地說，沒有望遠鏡的誕生和發(fā)展，就 沒有現(xiàn)代天文學(xué)。隨著望遠鏡在各方面性能的改進和提高，天文學(xué)也正經(jīng)歷著巨大的飛躍， 迅速推進著人類對宇宙的認識。從第一架光學(xué)望遠鏡到射電望遠鏡誕生的三百多年中，光學(xué)望遠鏡一直是天文觀測最重 要的工具，下面就對光學(xué)望遠鏡的發(fā)展作一個簡單的介紹。折射式望遠鏡：1608 年，荷蘭眼鏡商人李波爾賽偶然發(fā)現(xiàn)用兩塊鏡片可以看清遠處的景物，受此啟發(fā)， 他制造了人類歷史第一架望遠鏡。1609 年，伽利略制作了一架口徑 4。 2厘米，長約 1。2 米的望遠鏡。他是用平凸透鏡作 為物鏡，凹透鏡作為目鏡，這種光學(xué)系統(tǒng)稱為伽利略式望遠鏡。伽利

2、略用這架望遠鏡指向天 空，得到了一系列的重要發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)從此進入了望遠鏡時代。1611 年， 德國天文學(xué)家開普勒用兩片雙凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，使放大倍數(shù)有了明顯的提高，以后人們將這種光學(xué)系統(tǒng)稱為開普勒式望遠鏡?，F(xiàn)在人們用的折射式望遠鏡還是 這兩種形式，天文望遠鏡是采用開普勒式。需要指出的是，由于當時的望遠鏡采用單個透鏡作為物鏡，存在嚴重的色差，為了獲得 好的觀測效果，需要用曲率非常小的透鏡，這勢必會造成鏡身的加長。所以在很長的一段時 間內(nèi)，天文學(xué)家一直在夢想制作更長的望遠鏡，許多嘗試均以失敗告終。1757 年，杜隆通過研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透鏡的理論基礎(chǔ)，并用冕 牌玻璃和火

3、石玻璃制造了消色差透鏡。從此，消色差折射望遠鏡完全取代了長鏡身望遠鏡。 但是，由于技術(shù)方面的限制，很難鑄造較大的火石玻璃，在消色差望遠鏡的初期，最多只能 磨制出 10 厘米的透鏡。十九世紀末，隨著制造技術(shù)的提高，制造較大口徑的折射望遠鏡成為可能，隨之就出現(xiàn) 了一個制造大口徑折射望遠鏡的高潮。 世界上現(xiàn)有的 8架 70厘米以上的折射望遠鏡有 7架是 在 1885 年到 1897 年期間建成的， 其中最有代表性的是 1897 年建成的口徑 102 厘米的葉凱士 望遠鏡和 1886 年建成的口徑 91 厘米的里克望遠鏡。折射望遠鏡的優(yōu)點是焦距長，底片比例尺大，對鏡筒彎曲不敏感，最適合于做天體測量 方

4、面的工作。但是它總是有殘余的色差，同時對紫外、紅外波段的輻射吸收很厲害。而巨大 的光學(xué)玻璃澆制也十分困難，到 1897 年葉凱士望遠鏡建成，折射望遠鏡的發(fā)展達到了頂點， 此后的這一百年中再也沒有更大的折射望遠鏡出現(xiàn)。這主要是因為從技術(shù)上無法鑄造出大塊 完美無缺的玻璃做透鏡，并且，由于重力使大尺寸透鏡的變形會非常明顯，因而喪失明銳的 焦點。反射式望遠鏡：第一架反射式望遠鏡誕生于 1668 年。牛頓經(jīng)過多次磨制非球面的透鏡均告失敗后， 決定 采用球面反射鏡作為主鏡。 他用 2。5 厘米直徑的金屬， 磨制成一塊凹面反射鏡， 并在主鏡的 焦點前面放置了一個與主鏡成 45o 角的反射鏡，使經(jīng)主鏡反射后的

5、會聚光經(jīng)反射鏡以 90o 角 反射出鏡筒后到達目鏡。這種系統(tǒng)稱為牛頓式反射望遠鏡。它的球面鏡雖然會產(chǎn)生一定的象 差，但用反射鏡代替折射鏡卻是一個巨大的成功。詹姆斯格雷戈里在1663年提出一種方案：利用一面主鏡，一面副鏡，它們均為凹面鏡，副鏡置于主鏡的焦點之外，并在主鏡的中央留有小孔，使光線經(jīng)主鏡和副鏡兩次反射后從小 孔中射出，到達目鏡。這種設(shè)計的目的是要同時消除球差和色差，這就需要一個拋物面的主 鏡和一個橢球面的副鏡，這在理論上是正確的，但當時的制造水平卻無法達到這種要求，所 以格雷戈里無法得到對他有用的鏡子。1672 年，法國人卡塞格林提出了反射式望遠鏡的第三種設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)與格雷戈里望遠鏡

6、相似，不同的是副鏡提前到主鏡焦點之前，并為凸面鏡，這就是現(xiàn)在最常用的卡賽格林式 反射望遠鏡。這樣使經(jīng)副鏡鏡反射的光稍有些發(fā)散，降低了放大率，但是它消除了球差，這 樣制作望遠鏡還可以使焦距很短?？ㄈ窳质酵h鏡的主鏡和副鏡可以有多種不同的形式，光學(xué)性能也有所差異。由于卡 塞格林式望遠鏡焦距長而鏡身短，放大倍率也大，所得圖象清晰；既有卡塞格林焦點，可用 來研究小視場內(nèi)的天體，又可配置牛頓焦點，用以拍攝大面積的天體。因此，卡塞格林式望 遠鏡得到了非常廣泛的應(yīng)用。赫歇爾是制作反射式望遠鏡的大師， 他早年為音樂師， 因為愛好天文， 從 1773 年開始磨 制望遠鏡，一生中制作的望遠鏡達數(shù)百架。赫歇爾制作

7、的望遠鏡是把物鏡斜放在鏡筒中，它 使平行光經(jīng)反射后匯聚于鏡筒的一側(cè)。在反射式望遠鏡發(fā)明后的近 200 年中，反射材料一直是其發(fā)展的障礙：鑄鏡用的青銅易 于腐蝕，不得不定期拋光，需要耗費大量財力和時間，而耐腐蝕性好的金屬，比青銅密度高 且十分昂貴。1856年德國化學(xué)家尤斯圖斯馮利比希研究出一種方法，能在玻璃上涂一薄 層銀，經(jīng)輕輕的拋光后，可以高效率地反射光。這樣，就使得制造更好、更大的反射式望遠 鏡成為可能。1918 年末，口徑為 254 厘米的胡克望遠鏡投入使用，這是由海爾主持建造的。天文學(xué)家 用這架望遠鏡第一次揭示了銀河系的真實大小和我們在其中所處的位置，更為重要的是，哈 勃的宇宙膨脹理論就

8、是用胡克望遠鏡觀測的結(jié)果。二十世紀二、三十年代，胡克望遠鏡的成功激發(fā)了天文學(xué)家建造更大反射式望遠鏡的熱 情。 1948年，美國建造了口徑為 508厘米望遠鏡，為了紀念卓越的望遠鏡制造大師海爾，將 它命名為海爾望遠鏡。從設(shè)計到制造完成海爾望遠鏡經(jīng)歷了二十多年，盡管它比胡克望遠鏡 看得更遠， 分辨能力更強， 但它并沒有使人類對宇宙的有更新的認識。 正如阿西摩夫所說： 海爾望遠鏡（ 1948 年）就象半個世紀以前的葉凱士望遠鏡（1897年）一樣，似乎預(yù)兆著一種特定類型的望遠鏡已經(jīng)快發(fā)展到它的盡頭了 "。在 1976 年前蘇聯(lián)建造了一架 600厘米的望遠 鏡，但它發(fā)揮的作用還不如海爾望遠鏡，

9、這也印證了阿西摩夫所說的話。反射式望遠鏡有許多優(yōu)點，比如：沒有色差，能在廣泛的可見光范圍內(nèi)記錄天體發(fā)出的 信息，且相對于折射望遠鏡比較容易制作。但由于它也存在固有的不足：如口徑越大，視場 越小，物鏡需要定期鍍膜等。折反射式望遠鏡：折反射式望遠鏡最早出現(xiàn)于 1814 年。 1931 年，德國光學(xué)家施密特用一塊別具一格的接 近于平行板的非球面薄透鏡作為改正鏡，與球面反射鏡配合，制成了可以消除球差和軸外象 差的施密特式折反射望遠鏡，這種望遠鏡光力強、視場大、象差小，適合于拍攝大面積的天 區(qū)照片，尤其是對暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望遠鏡已經(jīng)成了天文觀測的重要工 具。1940 年馬克蘇托夫用一個彎月形狀透鏡作為改正透鏡， 制造出另一種類型的折反射望遠 鏡，它的兩個表面是兩個