光學望遠鏡小議

佚　名

望遠鏡的作用首先是能夠放大遠方物體的張角，使人眼能看清角距更小的細節，而人眼的分辨能力是較弱的；其次，望遠鏡能集中比人眼瞳孔直徑粗的多的光束使人眼看到本看不到的暗弱物體發出的光線。望遠鏡一般由物鏡和目鏡兩組鏡頭及其他配件組成。為了減小望遠鏡的像差，物鏡和目鏡通常由多個元件組成。望遠鏡所能收集的最大的光束直徑，稱為口徑；所能觀測到的范圍稱為視場，通常以角度來表示。其視場大小和目鏡的結構相關，對于同樣的目鏡，視場直徑與放大倍數成反比：放大率越高，視場越小。

按物鏡的結構，天文望遠鏡分為折射望遠鏡、反射望遠鏡、折反射望遠鏡。

折射望遠鏡

用透鏡做物鏡的望遠鏡。早期折射望遠鏡的物鏡是單透鏡，色差和球差都很嚴重。開始人們通過延長物鏡的焦距來減少不利影響，1722年布拉德雷測定金星直徑使用的折射望遠鏡物鏡焦距長達65米。19世紀起廣泛使用消色差物鏡，即通過使用不同性質的玻璃材料制作出一組凸透鏡和凹透鏡共同使用來消除色差、球差和像差。在較大口徑的折射望遠鏡中廣泛使用雙分離物鏡，在兩片透鏡中間相隔一定的距離。利用這種物鏡組來消色差只能使兩個特定波長的光的焦點重合，這兩種波長的中間波長光仍然會產生所謂的二級光譜形成像差。人們一般采用縮小相對口徑的方法來減少這種不利影響，因此，折射望遠鏡的最大口徑有所限制，1897年美國建成的葉凱西天文臺1.02米折射望遠鏡是至今世界上最大的折射望遠鏡。而在小型折射望遠鏡中一般采用將透鏡組粘合在一起的雙膠合物鏡以及選擇適當的玻璃種類來消除像差。

折射望遠鏡的缺點是，它所要求的大塊透光性能優良的光學玻璃制造起來十分困難，在紫外和紅外波段透光量比反射望遠鏡少而且存在殘余色差，并且這種望遠鏡無法向更大口徑發展，所以現代大型望遠鏡已經不采用這種設計。它的優點是，物鏡組牢固穩定，長期使用不變形，曾廣泛用于中小口徑天文望遠鏡以及許多專用儀器上。

伽利略望遠鏡

伽利略在1609年制作的第一架天文望遠鏡使用的目鏡是凹透鏡，目鏡位于物鏡焦點的前方。它所成的像是正像，視場較小，不便于安置瞄準叉絲。

開普勒望遠鏡

使用凸透鏡做目鏡，目鏡組位于物鏡焦點后方，能獲得較大視場，可以方便地安置瞄準叉絲，它所成的像是倒像，但對天文觀測來說影響不大，因此現在的折射望遠鏡普遍使用這種設計。

反射望遠鏡

用反射鏡做物鏡的望遠鏡。反射望遠鏡光學性能的重要特點是沒有色差。像差在理論上雖然可以得到消除，但工藝復雜無法實現。實用的反射望遠鏡為了避免像差，視場一般比較小，然后通過像場改正透鏡擴大視場。反射鏡一般選擇膨脹系數小、應力較小和便于磨制的材料。鏡面通常鍍鋁，在紅外區及紫外區都能得到較好的反射率。反射望遠鏡的鏡筒一般比較短，便于支撐。現代高科技反射望遠鏡還具有鏡面自適應光學系統和主動光學系統，可以補償大氣擾動干擾和鏡面應力及風力引起的變形抖動。

反射望遠鏡中常用的有主焦點系統、牛頓系統、卡塞格林系統、格里高里系統、折軸系統等。通過鏡面的變換，在同一個望遠鏡上可以分別獲得主焦點系統、牛頓系統、卡塞格林系統和折軸系統。這些系統的焦點，分別稱為主焦點、牛頓焦點、卡塞格林焦點、格里高里焦點和折軸焦點等。單獨用上述一個系統做望遠鏡時，分別稱為牛頓望遠鏡、卡塞格林望遠鏡、格里高里望遠鏡、折軸望遠鏡。

大型光學反射望遠鏡主要用于天體物理研究，特別是暗弱天體的分光、測光以及照相工作。中國目前最大的光學望遠鏡直徑為2.16米。目前世界上最大的望遠鏡是位于夏威夷的凱克望遠鏡，直徑10米,由36面1.8米的六角形鏡面拼合而成，耗資1.3億美元，主要是由美國的一個企業家凱克捐助修建的。第一面凱克望遠鏡建造成功后，凱克基金會又投資修建了凱克2號望遠鏡，兩座挨在一起，威力無比。另外的大型望遠鏡有美國國立天文臺位于南北兩半球的兩個8米望遠鏡，一座位于夏威夷，一座位于智利，合稱雙子座望遠鏡；日本人在夏威夷也建造了一座8米的稱為昴星團望遠鏡。下世紀歐洲南方天文臺將建成四座8米望遠鏡，組合口徑相當于15米!

折反射望遠鏡

由折射和反射元件組成的望遠鏡系統。兼具折射望遠鏡視場大和反射望遠鏡像差小、集光力強的優點，主要分為施密特望遠鏡和馬克蘇托夫望遠鏡。