望遠鏡知識在晚清的傳播

望遠鏡是一種利用透鏡光學原理制成的用以觀測遠物的光學儀器，其發明與發展于人類生產生活意義匪淺。晚清時期，隨著國門的開放，望遠鏡知識在華得以較為廣泛的傳播，刷新了國人的聞見。

一

早在晚明望遠鏡已傳入中國。據考證，當時來華耶穌會士陽瑪諾（Emmanuel Diaz）所撰《天文略》（1615年）最先將望遠鏡知識介紹到中國，湯若望（Johann Adam Schall von Bell）所撰《遠鏡說》（1626年）為首部用中文撰寫的全面介紹望遠鏡的著作。降至清代，望遠鏡不僅為士人鐘愛，更成為清宮重要藏品。乾隆帝有《千里鏡》詩贊其奇妙曰：“巧制傳西海，佳名錫上京。……能以遙為近，曾無濁混清。”大學士阮元作《望遠鏡中望月歌》，以神來之筆描摹了用望遠鏡賞月的感受，有“若從月里望地球，也成明月金波色”之句。

望遠鏡到底是何人所發明，難以究詰。但一般認為，望遠鏡是由荷蘭米德爾堡眼鏡師漢斯·李伯希（Hans Lippershey）于1608年發明的。同年，另有荷蘭眼鏡師查卡里亞斯·詹森（Zacharias Jansen）、雅可比·梅提斯（Jacob Metius）也聲稱發明了望遠鏡。意大利物理學家伽利略聞訊后，細究其理，于1609年制成折射望遠鏡，并用于觀察星象。披覽晚清文獻，大略已敘明如上史實。例如：《時務報》有文曰：

1608年有李伯希、詹森、梅提斯等荷蘭人先后向政府申請望遠鏡發明專利，但因無法確定何人為原創，未予允準。翌年，法國巴黎已有人出售望遠鏡。前人多謂意大利天文學家伽利略發明望遠鏡，其實只是聞訊而仿制。望遠鏡之創始雖可確定于1609年，而其“思想創始于何時，無從征考矣”。

對于李伯希制作望遠鏡的緣起，《益聞錄》有文概述曰：大約在1600年，荷蘭眼鏡師李伯希之子取老花鏡片和近視鏡片玩耍，偶將其疊置于目前，竟望見遠處教堂上之銅雞“大且近也”。由是李伯希將兩塊透鏡裝在圓筒內，制作出望遠鏡。《中西教會報》也述及這一史實，略曰：明萬歷年間，荷蘭眼鏡師李伯希的兩個幼子，“借父之玻璃凸鏡二塊，以為玩物。無心之時，將此鏡與彼鏡相離尺余遠，彼此二鏡合對，以窺禮拜堂高塔。……該童俄而呼父曰：我鏡中堂塔近矣，不知鏡外之遠也。其父急出，按該童持之法窺之，見塔果近。如是李君因成定法。此千里鏡創始之由也”。李伯希望遠鏡由大小兩管構成，小管置于大管內，“可屈而短，可伸而長。每管置一凸鏡，欲窺近物，則略伸長；欲窺遠物，則略屈短，謂為觀遠鏡”。

對于伽利略制作望遠鏡的緣起，《益聞錄》《格致匯編》皆謂其聞聽李伯希制作信息后仿制。前者曰：伽利略聞訊后，“當即躬自試驗，不一晝夜而得遠鏡法。其始鏡中窺物，大于物只四倍，其繼六倍、七倍，又其繼至三十倍。于是援鏡觀天，不久而見月上高山、日中染色處，木星四周隨行小星。是為觀星士之作俑者”。后者曰：伽利略“聞此奇異，從而細考其理法，以二玻璃磨制成鏡，鑲于大筒之兩端，對窺遠物，即轉而為近。索觀者成群結隊而來，莫不詫為見所未見。嗣攜此鏡，登禮拜堂塔頂，窺視周遭，無不歷歷在目，此遠鏡起興之始也”。

據《益聞錄》等文獻所述，伽利略所制望遠鏡是一架由一個目鏡（凹透鏡）和一個物鏡（凸透鏡）構成的折射式望遠鏡。“第一次所用之鏡，長二尺七寸有半，徑口一寸四分之三。尋自創一大鏡，長五尺，徑口二寸，放大力三十三倍。”伽利略望遠鏡雖無“華美可悅人目”，但他借此發現諸如太陽表面的黑子、月球表面凹凸不平的環形山、木星的四顆衛星、金星的圓缺變化等天文現象。《新民叢報》道及這一史實曰：伽利略“創造千里鏡，以上觀天象。考出木星之衛星（即繞木星之月也），又知月中有山，知天河為眾星集合之地，知土星有光環繞之。因見太陽之黑點，而知其繞本軸自轉，遂敢犯舊教之所忌，遽將歌白尼之說公之于世”。《中西教會報》也述及此事：伽利略利用望遠鏡“得證日面有點，見點動，則知日輪時轉動；又證明月面之黑點，山谷也；又證水星有圓有缺，若月輪然；又覓得木星亦有數月輪圍行，若地球有一月球輪圍行然；又見中國所謂銀河，即無數遠星”。因此，伽利略雖然不是望遠鏡的最早創始者，但率先利用望遠鏡“仰察天文者”，故學界一般將其視為望遠鏡之“鼻祖”。

二

作為一種利用光學原理制成的觀測遠物儀器，望遠鏡的最基本組件為物鏡和目鏡。顧名思義，物鏡就是由若干透鏡組成的接近景物之鏡，而目鏡即是由若干透鏡組成的靠近人目之鏡。望遠鏡的基本成像原理是，物鏡把來自遠處景物的光線，在它的后面匯聚成倒立的縮小了的實像，然后經目鏡將其顯現為正立的放大了的虛像。對于望遠鏡的成像原理，晚清文獻多有介紹。《益聞錄》有文述望遠鏡成像過程曰：

望遠、視微各鏡……其效概在二坯：一曰向物坯（物鏡），一曰近目坯（目鏡）。向物坯受外物折射之光，聚于首芒，匯成一小像。近目坯將此像擴大而傳之于目。惟向物與近目，間或迭置數坯，以大其力，亦以阻像邊雜形。

《格致匯編》也有文比較清晰地闡述了物鏡和目鏡的成像原理：

凡遠鏡最簡者，必有二鏡：一物鏡，即能收所看物象，此象必由遠觀其鏡，始得清晰。因有不便，故另加一鏡，謂之目鏡，即人目可于較近之處看清物鏡之像。此鏡二面凹直，置于合宜之距，即為最簡之遠鏡。……目鏡所看之像為物鏡像之倒影，此影能看之大，常與鏡之凸面有比例。假如物鏡成像距物鏡六寸，目離物鏡六寸觀之，則見像與本物同大而毫無異處。如加目鏡，能令目離像不過一寸，即看清晰，則必比看本物大三十六倍，即四面各放大六倍也。故如本物相距六里，以此二鏡窺之，儼與相距一里者同。成像愈離本物，其鏡光距愈大；又目鏡愈能令目與像相近，則物影愈能放大，即遠鏡放大之力愈大。如將此二鏡鑲于一筒兩端，即為最簡之天文鏡。

在闡明望遠鏡成像原理的同時，該文還介紹了計算望遠鏡放大倍率的基本方法，即“欲求放大之力，則以目鏡光距約其物鏡光距，約得者為鏡能增放之倍數”。也就是說，望遠鏡放大倍率等于物鏡焦距除以目鏡焦距。

根據光學原理，望遠鏡大體可分為折射式與反射式。前者以凸透鏡為物鏡，如伽利略望遠鏡和開普勒望遠鏡；后者以凹面反射鏡為物鏡，如牛頓望遠鏡和格雷戈里望遠鏡。《中西聞見錄》有文論及這兩類望遠鏡的不同，大略曰：折射鏡內置目鏡、物鏡各一，凡測一物，物鏡“僅能生其倒象，而目鏡則又能大其象而顯之焉”。反射鏡有格雷戈里式和牛頓式，前者內置回光凹鏡和透光凸目鏡，后者則“以目鏡置于筒之旁邊”。反光鏡“以凹鑒借光送于目中，故人背天而視”；折光鏡“向天直視，光透入鏡中，被折而聚。反光鏡雖極大易作，以凹面不難制也。折光鏡大則甚難……以故折光遠鏡大者甚少”。

折射式望遠鏡的優點是焦距長，缺點是有色差。因此，自伽利略推出折射望遠鏡后，有人陸續制成各式能夠消除色差的反射式望遠鏡。1663年，蘇格蘭天文學家詹姆斯·格雷戈里（James Gregory）率先提出反射式望遠鏡制作方案，但因制造技術限制而未獲成功。1668年，牛頓按照這一方案，推出第一臺反射式望遠鏡，史稱牛頓式反射望遠鏡。1672年，法國人卡塞格林（Laurent Cassegrain）又設計出一種新的反射式望遠鏡，此即現今通用的卡塞格林式反射望遠鏡。1776年，赫歇爾制成大型反射望遠鏡，用于巡天觀測。《格致匯編》述及如上史實，并介紹了各種反射望遠鏡的制作方法，略曰：

格雷戈里率先提出制作反射望遠鏡的思路，牛頓據此制成首臺反射式望遠鏡。此鏡比采用透鏡將物體放大的倍數要高數倍，其制法是：在“大筒內端置大回光鏡，徑與筒內徑等，遠物所來光線進筒口，遇大回光鏡，回其光線，聚于筒口近處，成一聚點，于此處作一小孔，并斜置小回光鏡，人目由小孔覷斜置小回光鏡，可免人首當筒口而遮光之弊。此種遠鏡，放大之力等于回光物鏡與回光目鏡二光距相約之數”。格雷戈里望遠鏡之制作略同于牛頓望遠鏡，“惟其小回光鏡不斜側而直置正對大回光鏡之心，大回光鏡心作圓孔，令小回光鏡回光過此孔，遇折光目鏡收其影入人目，與折光遠鏡同”。卡塞格林望遠鏡系由兩塊反射鏡組成的一種反射望遠鏡，其造法與“格雷戈里式”相似，“惟小回光鏡以凸代凹，故其筒可更短，惟其目鏡顯倒影，不甚便用”。赫歇爾望遠鏡，只用“一大回光鏡，斜置筒底，令光線回行至筒口之邊，于此處置折光目鏡。窺之，人首即光不遮筒之光，惟其回光鏡斜置，成影不免稍歪”。

三

伽利略之后，學者們不斷致力于望遠鏡性能的改進，“創絕大千里鏡者輩出”，其中最具代表性者有如下數種，晚清文獻皆予以介紹。

一是由英國天文學家赫歇爾（Friedrich Wilhelm Herschel）設計制作的大型反射式望遠鏡。《中西教會報》《上海新報》等既介紹了赫歇爾的生平事跡，又概述了這架望遠鏡的形制和功能。據其所言，赫歇爾生于德國漢諾威，后移居英國。初為樂師，后“由樂而及數學，由數學而及于光學，由光學而及于天文”，平生所造望遠鏡多達五百多枚。1789年，他研制出一臺形似大炮的大型反射式望遠鏡。其“面徑四十九寸半，厚三寸半，重二千一百十八磅，鏡筒以鐵為之，徑四尺有奇”。其“視力率一百九十二，較目力所及遠一百九十二倍”。觀察天象時，需要三人同時操作，“一人在上端下視而測之，一人在旁以書記，一人在下以運機”。利用這架望遠鏡，赫歇爾發現了土星的兩顆衛星和天王星及其兩顆衛星等現象。遺憾的是，由于此鏡“露置無遮蓋，久而雨日淋炙，架壞。道光三年其子遂毀之”。

二是由羅斯伯爵、愛爾蘭天文學家威廉·帕森斯（William Parsons）所造史稱“帕森斯頓的列維坦”（Leviathan of Parsonstown）的大型望遠鏡。《中西聞見錄》《益聞錄》《萬國公報》等刊皆述及這架望遠鏡的形制。依其所述，羅斯望遠鏡安置于羅斯伯爵的愛爾蘭領地上。其建造歷時3年，耗費達3萬英鎊。“自創始至告成，皆獨立任之。既成，天學家受益不少，故群稱之且感之。”此鏡“重四噸，管長五十尺，鏡口中徑八尺，人能出入其中，揮臂游行，毫無阻礙”，“鏡力較目力大十三萬倍”。以此觀察天象，“不但日月行星，如在目前，并恒星之為單為雙，為三為四，為何色，亦無不明。……其尤奇者，如星氣星林等，皆渾然一片，不分顆粒而有此鏡窺之，即其中極小之星，亦歷歷在目也，豈不奇乎？”它架設于高56英尺、長72英尺的墻體間，其體量雖然超過赫歇爾望遠鏡，“堅固而重”，但“可以一手任意轉之”，其操作“全恃乎輪，轉移不須費力，而上下四方，無不可見”。

三是美國光學大師克拉克（Alvan Clark）所制美國海軍天文臺望遠鏡。克拉克本以肖像畫為業，后改業鏡片磨制，技藝超群。1873年，他為美國海軍天文臺制成一架巨型折射望遠鏡。據晚清文獻介紹，此鏡造價四萬四千美元，鏡“筒長三十四尺，徑二十六寸”，其重量雖達四五噸，“人以手按之，自能動轉。若無人撥動，亦能自轉，一日一周。其器倚于旋架，便于四方觀察。如在辰刻以鏡測某星，停至酉刻再測其星，鏡仍相對，蓋其機能隨天旋轉故也”。1877年，美國天文學家霍爾（Asaph Hall）利用它發現了兩顆火星衛星，即“福波斯”“德莫斯”。

四是俄國圣彼得堡普爾科沃天文臺（Pulkovo Observatory）的折射式望遠鏡。該天文臺開辦于1839年，1885年添置一架由克拉克制作的折射式望遠鏡。據《益聞錄》《格致匯編》等刊介紹，此鏡造價達130萬法郎，“物鏡徑略十五寸，光距二十二尺半”，可謂“十九世紀中天文臺之鏡最大者”。

五是美國利克天文臺（Lick Observatory）的折射望遠鏡。利克天文臺位于加利福尼亞漢密爾頓山頂，由美國富商利克捐建，臺上安置由克拉克父子制作的大型望遠鏡。晚清文獻述及利克天文臺的興建緣起，并詳述這架望遠鏡的形制和性能，大略曰：

此鏡“物鏡徑三十六寸，光距五十六尺，重五百三十磅，鏡筒長五十七尺，中徑四尺，兩端徑三尺有余。以最堅銅板為之，其大力目鏡能放大三千三百六十倍徑，即略一千一百三十萬倍面積。用以窺月，宛似離地僅二百英里之遙”。此鏡轉動靈活，“一人之力，足以動之”，自其建成后，“造臺觀天甚眾，沓往紛來，日夜不息”。美國天文學家巴納德（Edward Emerson Barnard）謂“游歷各國天文臺，究其所用一切窺測之器”，未有如是之精良者。天文學者利用此鏡“新得雙星一百座”，查出銀河中星星“一萬二千，其間旋轉之星甚多”。

六是德國柏林特雷普托天文臺（Treptow Observatory）的望遠鏡。此天文臺興建于1896年，愛因斯坦曾在此向公眾講解相對論知識。該天文臺裝有一架折射望遠鏡，鏡面口徑68厘米，焦長21米。1911年，《通問報》登載此鏡信息，略曰：德國柏林附近之特雷普托天文臺新置一絕大望遠鏡，其體長六十八英尺，口徑七十英尺，超過利克望遠鏡，“真一世界無二之大千里鏡也”！

七是美國葉凱士天文臺（Yerkes Observatory）的折射式望遠鏡。該天文臺是在美國富商葉凱士（Charles Tyson Yerkes）的捐助下，由美國天文學家海耳（George Ellery Hale）于1897年創立的。它位于美國威斯康星州威廉斯灣（Williams Bay）的芝加哥大學，內置由光學家克拉克制作的大型望遠鏡，較利克望遠鏡“尤巨尤美。”1898年，《格致新報》登載其創建消息：“美國筑有天文臺，其千里鏡圍有四十寸，乃天下至大之千里鏡。……從此美國天文之事，當更上一層矣。”同年，《嶺學報》報道其建設情況，略謂：此鏡重七十六噸，口徑四十英寸，能夠轉動。天文學家巴納德近抵葉凱士天文臺，“試驗此鏡，偶見眾星中多有為天文家所未識者，皆此鏡視遠為明之力所致也”。1902年，《南洋七日報》介紹這架望遠鏡的性能，謂其“實全球無比之寶，所裝透鏡，制法極精巧，用此觀測天文，則一帶銀河，星宿可數，一抹云霞，水粒可辨。古來遼遠深阻，難于測知者，今可一目了然。其裨益于格致也大矣”。1905年，《大陸》也有文介紹此鏡，謂其“實系現今世界中最大者。如用斯鏡望天體，在天氣晴朗、絕無陰翳之日，則顯有三千七百五十倍之大云”。

八是美國加利福尼亞威爾遜山天文臺的胡克望遠鏡。該鏡是在美國富商胡克（John Daggett Hooker）的贊助下，由光學家海耳制作的。制作工作始于1907年，至1917年方得告竣。這是一架口徑達100英寸的大型反射式望遠鏡。1907年，《萬國公報》報道了其籌建消息，大略曰：

美國最大望遠鏡原為利克望遠鏡，其口徑為30英寸；其后舊金山天文臺建造葉凱士望遠鏡，其口徑為40英寸。近來有人集成巨款，擬造更大望遠鏡，其口徑達100英寸，聚光管長50英尺。建成后將安置于“舊金山高尼基書院中之天文臺上，以供測遠之用。……此鏡之關系至重，將來成功之后必能于天文學界大放異彩，實為輔助世界進化之利器也”。

同年，《圖畫新報》也報道這則信息云：美國洛杉磯有富翁擬出資建造一極大望遠鏡，“其直徑有一百寸，長五十寸。世之大千里鏡，其直徑大約以六十寸為度，……此更大至一百寸，將來建筑置鏡之架，其繁費可知矣”。此鏡建成后，美國天文學家哈勃（Edwin Powell Hubble）曾利用它取得宇宙膨脹的證據，提出所謂“哈勃定律”。

除了上述天文望遠鏡外，晚清報刊還述及其他高倍望遠鏡。如《協和報》在闡述望遠鏡發展史時，提到17世紀時制造的幾種望遠鏡：一是由意大利眼鏡制造商、天文學家康帕尼（Giuseppe Campani）制造的“長五十八邁當，放大力一百五十倍”的望遠鏡；二是由法國天文學家奧祖（Adrien Auzou）制造的“長一百邁當，加大力六百倍”的望遠鏡；三是由法國天文學家卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）制造的“放大力一百五十倍”的望遠鏡。《萬國公報》介紹了法國物理學家傅科（Jean Bernard Léon Foucault）、天文學家沃爾夫（Charles Joseph étienne Wolf）為巴黎天文館建造“長四十九尺，對徑六尺五寸”大望遠鏡的信息。《益聞錄》介紹了奧地利維也納天文臺，法國巴黎、馬賽、土倫天文臺以及英國私家所藏幾具大型反射、折射式望遠鏡。

以上所述皆系天文望遠鏡。此外，晚清文獻還刊載了有關軍用、日用望遠鏡的信息。如：1899年，《知新報》報道了美國威斯康星大學研發出一種軍用望遠鏡，“有此鏡則炮煙雖微，亦可遠見，戰部衙門行將在華盛頓試驗其利用與否”。1906年，《通問報》報道了英國“非洲總督”排盾保衛所創“無管遠鏡”，“用一凸鏡，徑二寸半，聚光點距鏡長六尺，則可置于一桿之端，而隨意窺之，所見之物約可較尋常加四倍，惟用于天文則嫌不足矣”。《政藝通報》《萬國公報》《重慶商會公報》等也先后登載了這一消息。1911年，《真光報》報道了俄人發明的一種“電光望遠鏡”，此鏡有“電眼”一對，“如設于一處，則遠處各物，皆可見。倘工廠司事，設電眼于辦公室，則可以見各工人之勤惰。如設眼于住室，與戲院相通，則可以見戲院之所演。如遇兩國開戰，設此電眼，則兩軍如在目前云。是則科學界之佳話也”。顯而易見，這種“電光望遠鏡”類似于今天安設于街道、場館等處的“監控攝像頭”。

四

望遠鏡是一種兼具實用性和娛樂性的光學器械，不僅可以用以天文觀察、軍事偵察、安防監控，而且可以讓人遠距離觀測各種景觀，增加生活的趣味性，晚清文獻對此亦有所反映。據西報載，西方有人用望遠鏡將“各大行星照影為像，以便留存日后考察”。

望遠鏡知識在晚清的傳播，拓展了國人的視界，時人對其多有贊賞。如《益聞錄》有文曰：千里鏡“上窺渾圓之天，下觀山川人物，遠近之奇，幾疑縮地而來，供目中快睹而毫發無憾，令人不可思議！”《協和報》有文曰：“千里鏡，超地球，羅天空，開往古秘密不啟之鑰，以昭示人群，將天空中無量星球之形狀與其經行之軌道，一一攝近于人前，為研究萬類進化之資料，由鑿空而征實，憑理論以呈功，實世界最奇之思，最偉之業矣！”《益聞錄》有詩詠望遠鏡曰：

測遠以千里，居高若尺咫。

器長及一丈，鏡穴容一指。

迎眸極意窺，萬象皆在此。

其中放光明，陰晴卻異視。

倘移百層臺，齊州九點爾。

奈何須彌內，毫發鑒如水。

可知縮地方，當前吾堪侈。

《著作林》亦載詩兩闋，以贊望遠鏡：

其一

展開遠鏡勝乘風，

覽遍西湖又浙東。

探海錯疑千里近，

計程但覺四方通。

高峰疊翠鳥愈白，

遠樹青遮花更紅。

試問蒼蒼洋面照，

輪舟來去似飛蓬。

其二

測鏡初開內地風，

登高照徹浙西東。

敢夸游目窮千里，

勝覓奇書讀九通。

苕水分來穿樹綠，

赭山送到隔江紅。

遙瞻親舍如峰下，

忍使行蹤類轉蓬。

晚清時期，國內所傳播的望遠鏡知識雖然淺顯，但已將望遠鏡的歷史沿革、制作動態和制作原理等內容呈現于讀者面前。對“風氣未開”的晚清社會來說，這些超越“經史詞章”的新知，一定程度展示了近代西方科技的進步，拓展了國人的認知邊界，也推動了晚清社會思想觀念的變化，其意義未可忽視。

作者單位：中央財經大學