天文望远镜的改进——折射望远镜和反射望远镜

来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-11-01

望远镜的发展历史。

继伽利略发明天文望远镜用于天文研究以后,望远镜开始逐渐走进科学家的视野,成为天文学家进行天文观测必不可少的工具。为了使天文观测的结果更加精确,更加清晰,许多科学家投入到天文望远镜这一窥天利器的改进中。每一次改进都使仪器越来越精细,同时,每一次也都带来令人振奋的新发现。下面我们就来看一下望远镜的发展历史。

在伽利略制成第一架天文望远镜以后,1611年德国的天文学家约翰尼斯·开普勒(Johanns Kepler,1571—1630)根据利珀希望远镜的原理,也制造出一架天文望远镜,并首称发现太阳黑子。开普勒天文望远镜是由两个凸透镜组成的,前端凸镜为物镜,用来收集光线,后面的凸镜为目镜,再次将景物放大。它比伽利略望远镜的视野更加开阔,但是通过它只可以看到放大物体的倒像。也有资料显示,实际上,开普勒并没有真正制造出这种望远镜,只是在《屈光学》中介绍过,真正的制造者是沙伊纳。沙伊纳于1613—1617年间首次制作出了这种望远镜,并且遵照开普勒的建议制造了有第3个凸透镜的望远镜,把两个凸透镜做的望远镜的倒像变成了正像。据说,沙伊纳共做了8台望远镜用于观察太阳,他发现无论哪一台都能看到相同形状的太阳黑子。因此,他推翻了不少人认为黑子可能是透镜上的尘埃引起的错觉的说法,证明了黑子确实是观察到的真实存在。

沙伊纳还为了在观察太阳时保护眼睛,为望远镜装上特殊遮光玻璃,据说伽利略就是因为没有加此保护装置,才导致最后伤了眼睛,几乎失明。1665年荷兰的惠更斯用自己磨制的更好的透镜做了一台筒长近6m的望远镜,这台望远镜不仅清晰度和放大倍数更高,而且可以有效地减少折射望远镜的色差。据说,后来他又做了一台将近41m长的望远镜。

在牛顿之前,所有的望远镜都属于折射望远镜,这些望远镜的特点是都使用透镜作为物镜,虽然可以通过加长镜筒和精密加工透镜来减少色差,但是一直不能完全消除色差。牛顿在对望远镜进行研究后,根据自己的光学知识得出结论,用透镜是不可能做出优质的望远镜的。因为单层透镜均会产生牛顿反射望远镜色散,但是,后来事实证明,他过于悲观了。1688年(有些资料显示是1668年)牛顿制成了世界上第一架反射式望远镜,成功地消除了透镜的折射式望远镜的色差问题。牛顿的望远镜虽然长度很小,不到一英尺,但可以放大40倍,能够清楚地看到木星的卫星、金星的盈亏等,而且易于维护。牛顿望远镜的制造原理是: 利用凹面反射镜和平面反射镜为物体成像,再通过一个凸透镜(目镜)从侧面进行观察。后来,牛顿做了一台更大的反射望远镜,送给了英国皇家学会,至今还保存在皇家学会的图书馆里。

牛顿反射望远镜

牛顿反射望远镜

赫歇尔(William Herschel)是制作反射式望远镜的大师。他从1773年开始磨制望远镜,一生中制作的望远镜达数百架。1793年,他制造出了直径130cm的反射式望远镜,用铜锡合金制成,重达1吨。1917年,胡克望远镜(Hooker Telescope)在美国加利福尼亚的威尔逊山天文台建成。它的主反射镜口径为100英寸(约254cm)。正是使用这座望远镜,哈勃(Edwin Hubble)发现了宇宙正在膨胀的惊人事实。1992年,安装在美国夏威夷的开基望远镜的物镜由36个六边形凹面镜组成,每一个直径是1.8m,综合起来相当于直径10m的凹面镜物镜的效果。2001年,设在智利的欧洲南方天文台研制完成了“甚大望远镜”(VLT),它由4架口径8m的望远镜组成,其聚光能力与一架16m的反射望远镜相当。2014年,智利夷平了赛罗亚马逊(Cerro Amazones)山的山顶,用以安置世界上功率最大的望远镜“欧洲特大天文望远镜”(EELT)。赛罗亚马逊山位于阿塔卡马(Atacama)沙漠,海拔3000m。EELT又称“世界最大的天空之眼”,直径达42m,其亮度比现存的VLT望远镜高15倍,清晰度是哈勃望远镜的16倍,计划于2022年正式投入使用。

天文望远镜打开了宇宙的大门,从此,无数的天文爱好者都投入到宇宙奥秘的探究中来。因而,在天文学、物理学方面涌现出了无数的优秀科学家,他们都深深地被神奇的宇宙所吸引,无法自拔地一头扎进浩瀚宇宙中,他们致力于层层揭开宇宙神秘的面纱,每一个新的发现都会激起一层浪花。正是因为他们不懈地观察、思考和研究,人们才渐渐地走出误区,崭新的世界重新呈现在人们面前。在这些优秀的科学家之中,不得不提到下面几位,他们就是伽利略、开普勒、牛顿。伽利略发现了新宇宙,开普勒发现了行星运动三大定律,牛顿发现了万有引力定律而闻名于世。

摘自《科技史与方法论》清华出版社授权登载

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