在剛接觸天文時，我隻有一架8英寸的配備有德國赤道儀裝置的望遠鏡，當時那是一架大型望遠鏡，并帶有一個舊的C-8部件，對于那些擁有小汽車或跑車的人來說這是一個新奇的玩意兒。我用一架4.5英寸的反射望遠鏡進行觀測，那時我叔叔在一次天文學會上買來送給我的—這架望遠鏡的光學裝置至今仍在使用。幾年後，一種廉價的地平設計的望遠鏡風靡了所有天文愛好者—道布森革命給我們帶來了很大的沖擊。在20世紀80年代中期，我把望遠鏡升級成10英寸的Coulter dob。很快廣角目鏡迅速取代了窄視普羅素，成為觀測者的首選。到了20世紀90年代初，計算機革命迅速普及，我們開始用計算機控制的望遠鏡、CCD照相機進行觀測，并通過網上的天文愛好者論壇進行交流。——摘自《劍橋天文愛好者指南》前言

望遠鏡是人類了解宇宙的“眼睛”，借助這雙特殊的眼睛，人類得以不斷探測宇宙的奧秘。許多科學家都曾自己制作望遠鏡，如伽利略就曾于1609年初做成了自己的望遠鏡，他利用自制的望遠鏡成功觀測到了月球環形山、太陽黑子、土星光環以及水星、金星的盈虧現象。牛頓也于1668年制成了第一架實用的反射望遠鏡。

人們利用望遠鏡觀測星空

一架望遠鏡也是一個天文觀測者必不可少的工具。那麼了解望遠鏡的一些基本知識就成了天文愛好者的必修課。

幾百年來，望遠鏡不斷發展，但望遠鏡的原理一直沿用至今。傳統光學望遠鏡根據光路結構不同，大緻分為三類：折射望遠鏡、反射望遠鏡及折反射望遠鏡。

湖南科學技術出版社出版的《劍橋天文愛好者指南》對各種類型的望遠鏡進行了詳細的介紹，包括折射望遠鏡、反射望遠鏡、R-C望遠鏡、折反射望遠鏡，還提供了一些獨特的望遠鏡的參考網站。這裡主要摘取其對“折射望遠鏡”介紹的内容。

劍橋天文愛好者指南 湖南科學技術出版社 2021.07

精 彩 試 讀

折射是當光從一種介質進入到另一種介質、例如從空氣入射到玻璃中時,所産生的光線彎曲的現象。折射望遠鏡利用了這一原理、通過使用曲面透鏡來工作。當光線從空氣進入透鏡,再穿過透鏡回到空氣中時，它的方向會變得傾向透鏡光軸。如果透鏡的表面形狀合适，光線會射到焦點上。

第一架折射望遠鏡是由荷蘭的眼鏡商裡帕席( Hans Lippershey，1570-1619)制作的。他在1608年10月2日提交了一份專利申請:“一架能使遠方的物體看起來變近的儀器。”所謂儀器是個筒狀物，在前面安放了一塊凸透鏡，在後面則安裝一塊凹透鏡,眼睛在凹透鏡後面觀察。這個儀器能把物體放大3倍。在當時就有到底是誰第一個發明了這種儀器的争論，所以這個專利申請從未被批準過。意大利的發明家伽利略( Galileo Galilei 1564-1642)則在1609年初做成了自己的望遠鏡,他是第一個把望遠鏡指向天體的人,而他的發現引發了天文學的革命。

意大利佛羅倫薩烏菲齊廣場外的伽利略雕塑

你也許知道早期望遠鏡的光學質量是很糟糕的。望遠鏡所用的透鏡有着各式各樣的像差。望遠鏡制造者們發現如果把透鏡的焦比做得比較長，那麼這些像差就會減小。在這些發明家中最著名的恐怕要數荷蘭天文學家惠更斯(Christiaan Huygens, 1629-1695) 和和德國天文學家赫維留( Johannes Hevelius)了。惠更斯分别制成了焦距為36米、7米和長達37.5米的望遠鏡,并用它們作出了重大的發現，包括首次證認出土星環的本質。他還嘗試消減物鏡帶來的色差問題，并在望遠鏡鏡筒内安裝光闌來減小鏡筒内壁反射光的影響。赫維留更是制作了焦距為18米、22米和46米的巨型望遠鏡!這些望遠鏡有很多組件，安裝在木頭框架裡，用滑輪來操作。需要一組助手的幫助才能移動。除了非常難于準确指向目标外，隻要有一點微風望遠鏡就搖晃得沒法用了。早期透鏡存在的問題之一是色差的現象。白光是由各種顔色構成的。不幸的是不同顔色的光通過單透鏡後并不會聚到同一個焦點上，藍光比紅光會聚得更厲害些。

色差。一塊單透鏡無法使各種顔色的光會聚到同一個焦點上。

1729年,霍爾( Chester Moore Hal.1703—1771)設計出一種透鏡,由一塊冕牌玻璃和一塊火石玻璃組成，它的成像在一定程度上沒有色差，所以這種透鏡被稱為消色差的。當時，望遠鏡制造是一樁有利可圖的大生意,所以霍爾在秘密地工作。他找了兩家光學工廠分别加工冕牌玻璃和火石玻璃的透鏡。霍爾制成的消色差透鏡直徑為2.5英寸,焦距20英寸。這是一項裡程碑式的成就,想想僅在60年前,連牛頓這樣的權威都聲稱消色差透鏡是不可能做出來的。

一具兩片的消色差物鏡使得紅光和藍光會聚到同一個焦點，從而極大地降低了色差。

到19世紀,玻璃和消色差透鏡的制造質量有了長足的進步。一個有力的例證就是1819年由約瑟夫·夫琅和費( Joseph Fraunhofer,1787-1826)為多爾巴特折射望遠鏡( Dorpat,俄國地名)磨制的透鏡。這隻透鏡口徑有240毫米,焦比為17.7，它的品質與今天制造的消色差透鏡相比毫不遜色。斯特魯維(F.G.W.Struve)就是用這架望遠鏡搜尋和測量雙星。當你在現在的雙星星表中看到符号Σ時,就代表當時斯特魯維用這架望遠鏡發現的一對雙星。在19世紀中葉的美國，阿爾文·克拉克(Alvin Clark,1804-1887)和他的兒子們開始制造高質量的望遠鏡。在他們制成的大大小小的望遠鏡中，巅峰之作是1897年投入使用的有史以來最大的折射望遠鏡:芝加大學葉凱士天文台的1.016米直徑的折射鏡。

到了20世紀，消色差透鏡的技術仍在不斷改進。在20年代，兩個問題被解決了。一個是當光從空氣中進入透鏡時因為玻璃表面的反射而造成的光能損失；另一個是光在透鏡組内部表面的反射。這兩個難題被克拉克和德國的蔡斯公司克服。他們設計出用油隔離的物鏡組。鏡片之間的油消除了透鏡組内部的反射,使得每個表面的透過率增大了2%。同時透鏡表面的一些小的瑕疵所造成的影響也被減弱了。對這種鏡頭組的密封必須近乎完美,否則熱脹冷縮所造成的變形會導緻漏油的後果。同時經過10年左右,油會變得污濁而需要更換。20世紀50年代,鍍膜技術(特别是氟化鎂膜)有很大的提高,使得人們可以不必再靠油來消除鏡頭内部的反射和減小玻璃介面反射造成的光損失。之後,一種由氟化鈣(螢石)構成的新型玻璃也被發明出來。(第一架使用了螢石物鏡的望遠鏡是日本的高橋公司于1977年制成的)。1951年,聯合貿易公司( United Trading Company)開始銷售高品質的Unitron系列折射望遠鏡。從50年代到70年代,Unitron發動了強大的廣告攻勢(在此期間的每期《天空和望遠鏡》雜志上都可見到它的廣告)。所有Unitron望遠鏡都裝有經過精密校正的空氣分離消色差物鏡。第一個宣稱“無色差”的望遠鏡物鏡是由天體物理公司(Astro-Physies,Inc.)的克裡斯頓(Roland Christen)于1981年推出的一款三片透鏡系統。那時隻有兩種“複消色差”可以提供,都是f/11的鍍氟化鎂膜空氣分離三片系統。小一點的是150毫米口徑，大的為200毫米口徑。在《天空和望遠鏡》1981年10月号上刊登了 Christen的文章:一款複消色差的三合物鏡。這是複消色差折射望遠鏡的新紀元的開始。

注意:盡管複消色差透鏡被稱為“無色差”的,實際上不同波長的光線仍然不會嚴格地會聚到同一個焦點上,但其聚焦确實比普通消色差透鏡好得多。現在的複消色差物鏡通常由2片或者4片透鏡組成,其中至少有一片是由螢石或者超低色散(ED)玻璃制成,進一步校正了色差。

托馬斯·貝克(Thomas Back)是高級光學系統的設計師,也是位于俄亥俄州Cleveland的TMB光學公司的所有人。他給出了一個關于複消色差物鏡的全面的定義：明視覺的峰值響應位于以555m為中的可見光譜區的黃綠光譜的部分。如果在此波長上,望遠鏡物鏡成像的Strehl系數達到或者高于0.95；彗星象差在全口徑範圍内得到校正；在從C譜線到F譜線之間的波長範圍内的最大波像差小于1/4波長；對紫色的G譜線，波像差的峰谷值小于1/2波長、那麼這個物鏡滿足現代對于複消色差的定義。達到這種品質的物鏡無二級色差,成像極為銳利、反差甚高。

兩種類型的望遠鏡系統。d是口徑，4d是焦距。因為焦距是4倍的口徑，所以兩個都是f/4的系統。

折射望遠鏡的優點高質量的消色差和複消色差望遠鏡在一些方面比反射鏡優越。首先，折射鏡的整個物鏡口徑内沒有任何遮擋、因此入射光線不會被中間的遮擋物所衍射、散射到暗處，因此一般折射鏡成像的反差較大。折射鏡還通常被看作是行星和雙星觀測的首選設備。折射鏡的第二個優點是易于保養。透鏡不需要被經常地重新鍍膜，而且，裝配好的鏡筒通常無需調整準直。透鏡固定在鏡筒中，光軸不太容易偏離、也不容易損壞。折射望遠鏡的缺點因為折射鏡的鏡筒是封閉的、它需要較長的時間才能達到周圍環境的溫度。現在的制鏡筒已經大大縮短了熱平衡所需的周期，但在實際觀測中仍然需要考慮這一因素。第二個缺點是，消色差物鏡的成像仍然有一點色差,表現為在月亮或者木星這樣明亮目标的周圍可以看到暗暗的彩邊。折射望遠鏡最大的缺點是大口徑消色差和複消色差透鏡的昂貴價格。因為一個三片的複消色差物鏡有6個表面需要加工。一個150毫米的複消色差透鏡的成本至少是隻有一個鏡面需要加工的同口徑高質量反射鏡的10倍。

文章摘自于《劍橋天文愛好者指南》

劍橋天文愛好者指南 [美]邁克爾.E.白凱奇著 湖南科學技術出版社 2021.07

本書内容包括了天文觀測技巧，望遠鏡與天文台，互聯網資源以及可供研究的天體目标等。剛剛入門的新手可以從中學到大量的技巧和竅門，學會如何開始對星空的探索。本書還包含了一些精确數據和精美彩色插圖。無論初級愛好者還是觀測老手們，這都是一部很好的指南。

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