世界第一部望遠鏡的誕生

望遠鏡是觀測天體的重要工具，從第一架光學望遠鏡誕生到射電望遠鏡問世的三百多年中，可以毫不夸張地說，沒有望遠鏡的誕生和發展，就沒有現代天文學。隨著望遠鏡在各方面性能的改進和提高，天文學也正經歷著巨大的飛躍，迅速刷新著人類對宇宙的認識。

折射式望遠鏡

1608年，荷蘭眼鏡商人李波爾賽偶然發現用兩塊鏡片可以看清遠處的景物，受此啟發，他制造了人類歷史第一架望遠鏡。

1609年，伽利略制作了一架口徑4.2厘米，長約1.2米的望遠鏡。他是用凸透鏡作為物鏡，凹透鏡作為目鏡，這種光學系統稱為伽利略式望遠鏡。伽利略用這架望遠鏡指向天空，得到了一系列的重要發現，天文學從此進入了望遠鏡時代。

1611年，德國天文學家開普勒用兩片雙凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，使放大倍數有了明顯的提高，以后人們將這種光學系統稱為開普勒式望遠鏡。現在人們用的折射式望遠鏡還是這兩種形式，天文望遠鏡一般是采用開普勒式。

需要指出的是，由于當時的望遠鏡采用單個透鏡作為物鏡，存在嚴重的色差，為了獲得好的觀測效果，需要用曲率非常小的透鏡，這勢必會造成鏡身的加長。所以在很長的一段時間內，天文學家一直在夢想制作更長的望遠鏡，許多嘗試均以失敗告終。

1757年，杜隆通過研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透鏡的理論基礎，并用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透鏡。從此，消色差折射望遠鏡完全取代了長鏡身望遠鏡。但是，由于技術方面的限制，很難鑄造較大的火石玻璃，在消色差望遠鏡的初期，最多只能磨制出10厘米的透鏡。

十九世紀末，隨著制造技術的提高，制造較大口徑的折射望遠鏡成為可能，隨之就出現了一個制造大口徑折射望遠鏡的高潮。世界上現有的8架口徑70厘米以上的折射望遠鏡中有7架是在1885年到1897年期間建成的，其中最有代表性的是1897年建成的口徑102厘米的葉凱士望遠鏡和1886年建成的口徑91厘米的里克望遠鏡。

折射望遠鏡的優點是焦距長，底片比例尺大，對鏡筒彎曲不敏感，最適合于做天體測量方面的工作。但是它總是有殘余的色差，同時對紫外、紅外波段的輻射吸收很厲害。而巨大的光學玻璃澆制也十分困難，到1897年葉凱士望遠鏡建成，折射望遠鏡的發展達到了頂點，此后的這一百年中再也沒有更大的折射望遠鏡出現。這主要是因為從技術上無法鑄造出大塊完美無缺的玻璃做透鏡，并且，由于重力影響，大尺寸透鏡的變形會非常明顯，因而喪失敏銳的焦點。

反射式望遠鏡

第一架反射式望遠鏡誕生于1668年。牛頓在嘗試磨制非球面透鏡失敗后，決定采用球面反射鏡作為主鏡。他用2．5厘米直徑的金屬，磨制成一塊凹面反射鏡，并在主鏡的焦點前面放置了一個與主鏡成45°角的反射鏡，使經主鏡反射后的會聚光經反射鏡以90°角反射出鏡筒后到達目鏡。這種系統稱為牛頓式反射望遠鏡。它的球面鏡雖然會產生一定的像差，但用反射鏡代替折射鏡卻是一個巨大的成功。

詹姆斯·格雷戈里在1663年提出一種方案：利用一面主鏡，一面副鏡，它們均為凹面鏡，副鏡置于主鏡的焦點之外，并在主鏡的中央留有小孔，使光線經主鏡和副鏡兩次反射后從小孔中射出，到達目鏡。這種設計的目的是要同時消除球差和色差，需要一個拋物面的主鏡和一個橢球面的副鏡，這在理論上是正確的，但當時的制造水平卻無法達到這種要求，所以格雷戈里無法得到對他有用的鏡子。

1672年，法國人卡塞格林提出了反射式望遠鏡的第三種設計方案，結構與格雷戈里望遠鏡相似，不同的是副鏡提前到主鏡焦點之前，并為凸面鏡，這就是現在最常用的卡塞格林式反射望遠鏡。

卡塞格林式望遠鏡的主鏡和副鏡可以有多種不同的形式，光學性能也有所差異。由于卡塞格林式望遠鏡焦距長而鏡身短，放大倍率也大，所得圖像清晰；既有卡塞格林焦點，可用來研究小視場內的天體，又可配置牛頓焦點，用以拍攝大面積的天體。因此，卡塞格林式望遠鏡得到了非常廣泛的應用。

赫歇爾是制作反射式望遠鏡的大師，他早年為音樂師，因為愛好天文，從1773年開始磨制望遠鏡，一生中制作的望遠鏡達數百架。赫歇爾制作的望遠鏡是把物鏡斜放在鏡筒中，它使平行光經反射后匯聚于鏡筒的一側。

在反射式望遠鏡發明后的近200年中，反射材料一直是其發展的障礙：鑄鏡用的青銅易于腐蝕，不得不定期拋光，需要耗費大量財力和時間，而耐腐蝕的金屬，比青銅密度高且十分昂貴。1856年德國化學家尤斯圖斯·馮·利比希研究出一種方法，在玻璃上涂一層薄銀，經輕輕的拋光后，可以高效率地反射光。這樣就使得制造更好、更大的反射式望遠鏡成為可能。

1918年末，口徑為254厘米的胡克望遠鏡投入使用，這是由海爾主持建造的。天文學家用這架望遠鏡第一次揭示了銀河系的真實大小和我們在其中所處的位置，更為重要的是，哈勃的宇宙膨脹理論就是用胡克望遠鏡觀測的成果。

二十世紀二、三十年代，胡克望遠鏡的成功激發了天文學家建造更大反射式望遠鏡的熱情。1948年美國建造了口徑為508厘米望遠鏡，為了紀念卓越的望遠鏡制造大師海爾，將它命名為海爾望遠鏡。從設計到制造完成海爾望遠鏡經歷了二十多年，盡管它比胡克望遠鏡看得更遠，分辨能力更強，但它并沒有使人類對宇宙有更深入的認識。正如阿西摩夫所說：“海爾望遠鏡(1948年)就像半個世紀以前的葉凱土望遠鏡(1897年)一樣，似乎預兆著一種特定類型的望遠鏡已經快發展到它的盡頭了。”在1976年前蘇聯建造了一架600厘米的望遠鏡，但它發揮的作用還不如海爾望遠鏡，這也印證了阿西摩夫所說的話。反射式望遠鏡有許多優點，比如：沒有色差，能在廣泛的可見光范圍內記錄天體發出的信息，且相對于折射望遠鏡比較容易制作。但它也存在固有的不足：如口徑越大，視場越小，物鏡需要定期鍍膜等。

折反射式望遠鏡

折反射式望遠鏡最早出現于1814年。1931年，德國光學家施密特用一塊別具一格的接近于平行板的非球面薄透鏡作為改正鏡，與球面反射鏡配合，制成了可以消除球差和軸外像差的施密特式折反射望遠鏡，這種望遠鏡光力強、視場大、像差小，適合于拍攝大面積的天區照片，尤其是對暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望遠鏡已經成了天文觀測的重要工具。1940年馬克蘇托夫用一個彎月形狀透鏡作為改正透鏡，制造出另一種類型的折反射望遠鏡，它的兩個表面是兩個曲率不同的球面，相差不大，但曲率和厚度都很大。它的所有表面均為球面，比施密特式望遠鏡的改正板容易磨制，鏡筒也比較短，但視場比施密特式望遠鏡小，對玻璃的要求也高一些。

由于折反射式望遠鏡能兼顧折射和反射兩種望遠鏡的優點，非常適合業余的天文觀測和天文攝影，因而得到了廣大天文愛好者的喜愛。