望 远 镜

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第一节 折射望远镜

相信很多对天文学感兴趣的人也会对望远镜感兴趣，它是如此吸引人们的目光，以至于人们想要急切地知道，望远镜到底是怎样的工作原理，使用它又能看到什么。

最为精密的望远镜当数天文台中天文学家使用的望远镜了，虽然那些精密仪器十分复杂，但是只要我们细心一些，还是能够大致明白它们的工作原理，对它们有更深一步的认识，而这种认识对于大部分人来说，是受益匪浅的，因为在今后参观天文台时，你将会得到比许多人更多的知识。听起来，就让人十分憧憬。

望远镜，顾名思义，就是能够让千米开外的东西，透过这种仪器，变得仿佛就在眼前。这听起来不可思议，但其实是运用透镜原理做到的。透镜也就是磨得很好的，如同人们眼睛一样的物品，不过它还要更加精美一些。通过望远镜来观测远处，采集来自观测物体的光，有两种方法：1.让光透过很多透镜；2.用一个凹面镜将物体的光反***。这两种原理就是多种望远镜的工作原理，比如折射望远镜、反射望远镜和折反射望远镜。下面，我就从折射望远镜开始介绍吧！

望远镜中的透镜

折射望远镜由“物镜”和“目镜”两个透镜系统组合而成。所谓物镜，指的就是在望远镜焦点上形成物体像的透镜。所谓目镜，指的就是在人眼最清晰部分形成像的透镜。

在整个望远镜中，物镜是最为精致的部分，它甚至比其他所有部分都更加需要精巧的工艺。或许有一个例子可以证明物镜所需要的强大工艺，那就是在100多年前，全世界的天文学家都相信，除了阿尔凡·克拉克（Alvan Clark）之外，再也没有人能够制造出巨大精美的物镜了，因为这技艺实在是太难了，而关于阿尔凡·克拉克将会在后文中讲述。

物镜通常由两个透镜构成，这些透镜直接影响了望远镜的清晰程度和观察距离。透镜的直径叫作望远镜的“口径（aperture）”，口径大小不一，但毫无疑问的是，口径越大，功能越强大。例如人们家中使用的望远镜，口径约为10厘米，而叶凯士天文台（Yerkes Observatory）大型折射望远镜的口径则为1.02米。

按照光学原理，想通过望远镜清晰地看到远处的影像，那么就需要物镜将远处物体反射的所有光线都集中到一个焦点，若无法做到这一点，就会使得远处物体的光分散到不同焦点上，使用者就会看到望远镜中的影像十分模糊，这种模糊的感觉就好比是使用了一副度数不符的眼镜，让人看不清东西。不过令人烦恼的是，无论这个单片透镜用什么材质制造而成，想要做到将光集中到一个焦点是不可能的，因为物体所反射的光，无论是来自太阳，或是来自月球、星辰，都是很多光混合而成的，证明这一点只需要用三棱镜将光分离，就会看到红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色，所以单片透镜在形成影像时，会把不同频率的光聚焦到不同层面，红色离物镜最近，而紫色离物镜最远，这便形成了“色散（dispersion）”。

在300年前，天文学家们无法解决透镜色散这一难题，不过在1750年，来自伦敦的多龙德（Dollond）发现了一种解决办法。具体操作起来是这样的：他用两种材质做成透镜，一种材质是火石玻璃，一种材质是冕牌玻璃。由于冕牌玻璃与火石玻璃的折射能力不相上下，但它的色散能力却大一倍，因此多龙德用冕牌玻璃做成一个凸镜，用火石玻璃做成一块凹镜与之相连，这样组合而成的一个物镜能够收集各处的光，并且冕牌玻璃最终能将它们集中到一点，如图10所示。

这种设计十分巧妙，因为如果单用火石玻璃的话，透过它的光不仅不能聚焦，反而会向各处发散，通过加大火石玻璃的聚焦能力，使之比冕牌玻璃聚焦能力大一半以上，就可以抵消冕牌玻璃的色散而不抵消其一半以上的折光能力。这样的设计，使得望远镜能够将所有通过的光线集中到一点，并且比单用火石玻璃的焦点远一倍。

虽然采用这种方式构成的物镜能够将光集中，但也只能说对于单片透镜它会更加精准，在影像上，它仍然不能聚焦所有的光，而且望远镜的口径越大，光越难以全部聚焦。假如使用这种大折射望远镜观测遥远的天体，你就会发现

，在天体周围还围绕着一圈蓝色或紫色的光晕。这便叫作二级光谱像差。造成这一现象的原因是两重透镜不能将蓝色或紫色的光线聚焦到其他颜色所在的焦点之上。对于目视所使用的折射望远镜来说，视场不大，二级光谱像差也可以通过调节口径，使之变小而降低其不利影响。

由于大型折射望远镜对技术要求较高，需要采用一大块透光性高的光学玻璃，这就为其制造出了个难题。并且大型折射望远镜对紫外波段、红外波段的光透光性不如反射望远镜，这便导致了其成像的色差。在架构支持力方面，大型折射望远镜也不如反射望远镜，因此，想要制造一台大型折射望远镜需要更多资金、技术的支撑。