| 望远镜的故事 望远镜是如何发明的 |
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| 2006-06-13 |
伽利略的望远镜
人们总是对不了解的事物充满了好奇，比如遥远天体的真面目究竟是什么样子的。于是，人们幻想有一种千里眼，能看清遥远的东西，1608年，千里眼终于被发明出来，这就是望远镜。
这一年，在荷兰的一个眼镜作坊里，一名学徒在玩耍，当他用一前一后两块镜片观察物体时，发现远处的物体离自己很近，受此启发他发明了望远镜。他的老板不失时机地将这一发明转化成商品，并把这一发明献给政府。有了这些望远镜的帮助，弱小的荷兰海军打败了强大的西班牙舰队，使荷兰人获得了独立。
荷兰人对这个发明采取了严密的封锁，但是有关望远镜的消息还是让伽利略知道了，他立刻意识到这种东西的价值和作用。经过细心研究，伽利略也独立发明出自己的望远镜。当这架天文望远镜缓缓扫过天空时，现代科学的帷幕缓缓拉开，有关天文学最基本的事实一个个被发现出来。人们说；“哥伦布发现新大陆，伽利略发现新宇宙。”
伽利略的望远镜十分简单，它有两个镜片组成，前面的叫物镜，是一个边缘薄中间厚的透镜。具有放大功能。后面的叫目镜，镜片的中间薄周边厚，具有缩小功能。这样两个镜片配合一个圆筒组合在一起，就是一架最简单的望远镜。伽利略用它发现了木星的周围总是有四颗小星陪伴在左右，这就是木星的四颗卫星，又叫做伽利略卫星；他还发现土星好像长着一对大耳朵，那是土星的光环；他还仔细观察了月球的环形山。由于有了望远镜，人们终于知道，天上的银河原来是由无数的星星组成。这些新发现，成为哥白尼日心说的有力证据。
开普勒的望远镜
使望远镜进一步有所发展的是开普勒，它把望远镜的目镜由凹透镜改换成了凸透镜，这样前后两个镜片都具有放大作用，提高了望远镜的放大倍率。它所呈的像是倒立的，但用在天文观测上基本没有什么影响，这种望远镜叫做开普勒望远镜。
如果凸透镜对着太阳，那么它在地上就会出现一个非常亮的焦点，这个焦点距透镜中心的距离就叫做透镜的焦距，对于开普勒望远镜来说，用物镜的焦距除以目镜的焦距，就得到了它的放大倍率。开普勒望远镜的镜筒一般都很长，这也使它的放大倍率提高了不少。
使开普勒望远镜获得大发展的是威廉?赫歇尔，也就是发现天王星的那一位，他一生磨制了许多大型望远镜的镜片，他的望远镜看起来就像一门巨炮指向天空。这使他的观测手段一直优于别人，也给他带来了许多学术成果。在他的带领下，他的妹妹和儿子也都成为天文学家。
牛顿的望远镜
伽利略和开普勒的望远镜都属于折射望远镜，它们都由两个镜片组成，工作原理并不复杂，但它们的缺点却是明显的，伽利略望远镜的放大倍率太小，而开普勒望远镜的镜筒太长。有没有办法使一种望远镜既有较大的倍率镜筒又不长呢？反射望远镜就有这个优点。
反射望远镜细分起来，又有许多种类，最常见的就是牛顿式反射望远镜。它是由英国物理学家牛顿在1671年发明的。它的物镜是一片凹面镜，而不是凸透镜，它装在望远镜筒的后边，而不是前边。它的表面镀银，可以把光线汇聚到前边，在焦点处固定有一面镜子，这个镜子把物镜的图像掉转90度，射在望远镜的筒壁上，在筒壁上，设置有一个目镜，严格说来，它是一个目镜组，是由好几个镜片组成的，相当于一个目镜，这样可以提高图像质量。用这种望远镜观测天体的时候，观测者不是在望远镜的后边，而是在望远镜的侧面。由于它的反射平面镜固定起来很复杂，所以它的镜筒也并不是标准的圆形，而是中部有段鼓起，就像葫芦一样，所以又叫宝葫芦望远镜。
望远镜的发展
以上是较简单的三种望远镜的基本概况，对于较专业的天文观测来说，它们实在太简单了。远远满足不了观测需要。后来又有人发明了卡塞格林型，施密特性和马克苏托夫型望远镜，它们都以发明者的名字命名，光路原理也比较复杂。
人们往往追求望远镜的望远倍率，这一点是不可能无限扩大的。倍率太高，会影响它的成像质量。对于天文望远镜来说，倍率是一个次要的方面，人们追求的是物镜直径的大小，直径越大，它所收集的光子也越多，分辨能力也就越强。
美国曾经在1948年制造出了直径达5米的天文望远镜，它坐落在帕落马山天文台，它大大开拓了天文学家的视野，帮助他们拍摄了许多宇宙深空的照片，使美国天文学家的研究水平一下子提高了许多。不甘落后的苏联人坐不住了，于是他们造出了直径达6米的望远镜，但是这台当时世界上口径最大的望远镜成像质量很差。
现在人们已经认识到，望远镜的口径不能造得太大，过大的口径会使它的自重太大，这样就会造成镜片变形，而且它的自重也会把承载它运行的电动设备压的不能正常运作。继续提高望远镜分辨能力的新思路是制造许多小镜片，然后组合成一个大镜片。
在地球上，空气中的灰尘，不停地抖动着的大气，都成为影响望远镜观测质量的重要因素。现在的天文望远镜都建在晴朗少雨的高山上。但这还是不够理想，于是，人们又提出把望远镜放到太空去。哈勃望远镜就是目前工作最出色的一架太空望远镜，它像卫星那样围绕着地球运行，为我们提供了许多高精度的天体照片，被誉为天文学的“发现机器”。
望远镜的附件
星星在天上是一点一点地至东往西运行的，当你把望远镜对准了它以后，很快就会发现它移动了，这样就需要有一种自动跟踪设施。现在即使是天文爱好者使用的望远镜，也有自动跟踪装置。除此之外，还有导星镜，有了它的帮助，可以很容易找到目标。如果你想把看到的景象拍成照片，那么还有摄影接口，你想观测明亮的太阳，那么还有滤光镜，因为用望远镜观测太阳，会灼伤眼睛，伽利略晚年患有眼疾，就是他用望远镜观测太阳造成的。
现在望远镜的目镜通常由几组透镜组成，这样可以有不同的望远倍率，配上不同倍率的目镜组可以得到不同的观测结果，如果想要看宽广的视场，那么就用低倍率目镜组，如果想要看精细的结构，那么就用高倍率目镜组。
早期的望远镜，由于镜片制造工艺简单，常常出现像差和色差这两种毛病，它们使看到的东西或者变形，或者颜色失真。为了解决这个问题，人们就尽量延长望远镜的焦距。1722年，不拉德雷测定金星直径的望远镜，其物镜焦距长达65米，比百米短跑跑道的一半还长。后来，消色差望远镜诞生，它的目镜是由两个镜片组成，一凸一凹贴合在一起，这样就可以消除色差和球差等多种毛病。
从望远镜诞生到现在，已经历了好几代的演变，因此也就产生出许多故事。可以肯定的是，只要人们探索宇宙奥秘的好奇心存在，那么有关望远镜的故事也就永远没有结束。（国家航天局网特约撰稿/北辰）
背景知识：
色差：由白色物点向光学系统发出一束白光，经该光学系列折射后，组成该束白光的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色光，不能会聚于同一点，即白色物点不能结成白色像点，而结成一彩色像斑的成像误差，称为色差。
球差：由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊圈），则此光学系统的成像误差称为球差。
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