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剛接觸天文學(xué)的時候，我只有一臺8英寸的望遠(yuǎn)鏡，配備的是德國的赤道裝置。在當(dāng)時，這是一個帶有舊C-8組件的大型望遠(yuǎn)鏡，對于擁有汽車或跑車的人來說，這是一個新奇的事物。我用的是5寸的反射式望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測。我叔叔當(dāng)時在一個天文學(xué)會給我買的——這個望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)裝置一直沿用到今天。幾年后，一種水平設(shè)計的廉價望遠(yuǎn)鏡在所有天文愛好者中流行起來——多布森革命給我們帶來了巨大的沖擊。在20世紀(jì)80年代中期，我將我的望遠(yuǎn)鏡升級為10英寸的Coulter dob。很快，廣角目鏡迅速取代了窄角proso，成為觀測者的首選。90年代初，計算機(jī)革命迅速傳播，我們開始用計算機(jī)控制的望遠(yuǎn)鏡和CCD相機(jī)進(jìn)行觀測，并通過天文愛好者的在線論壇進(jìn)行交流?！浴秳蛱煳膼酆谜咧改稀沸蜓?/p>

望遠(yuǎn)鏡是人類了解宇宙的“眼睛”。有了這些特殊的眼睛，人類可以不斷探索宇宙的奧秘。許多科學(xué)家制造了他們自己的望遠(yuǎn)鏡。例如，伽利略在1609年初制造了他自己的望遠(yuǎn)鏡。他用自己的望遠(yuǎn)鏡成功地觀測了月球環(huán)形山、太陽黑子、土星環(huán)以及水星和金星的盈虧。牛頓還在1668年制造了第一架實用的反射望遠(yuǎn)鏡。

人們用望遠(yuǎn)鏡觀察星星空

望遠(yuǎn)鏡也是天文觀測者不可或缺的工具。那么了解一些望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)知識就成了天文愛好者的必修課。

幾百年來，望遠(yuǎn)鏡不斷發(fā)展，但望遠(yuǎn)鏡的原理一直沿用至今。傳統(tǒng)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡根據(jù)光路結(jié)構(gòu)的不同，大致可以分為折射式望遠(yuǎn)鏡、反射式望遠(yuǎn)鏡和折疊式反射式望遠(yuǎn)鏡三大類。

湖南科技出版社出版的《劍橋天文學(xué)家指南》詳細(xì)介紹了各種類型的望遠(yuǎn)鏡，包括折射望遠(yuǎn)鏡、反射望遠(yuǎn)鏡、R-C望遠(yuǎn)鏡和折疊反射望遠(yuǎn)鏡，還提供了一些獨特的望遠(yuǎn)鏡參考網(wǎng)站。本文主要摘錄其介紹“折射望遠(yuǎn)鏡”的內(nèi)容。

劍橋天文愛好者指南湖南科學(xué)技術(shù)出版社20207

顏色測試讀數(shù)

折射是光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，例如從空氣體進(jìn)入玻璃，產(chǎn)生的光發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。望遠(yuǎn)鏡利用這一原理，通過使用曲面透鏡來工作。當(dāng)光線從空氣體進(jìn)入鏡頭，然后穿過鏡頭回到空氣體時，其方向會變得傾斜于鏡頭的光軸。如果鏡片的表面形狀合適，光線會打在焦點上。

第一架折射式望遠(yuǎn)鏡是由荷蘭的眼鏡商漢斯·利珀謝(1570-1619)制造的。他在1608年10月2日提交了一份專利申請:“一種能使遠(yuǎn)處的物體看起來更近的儀器?！彼^儀器就是一個桶，前面放一個凸透鏡，后面裝一個凹透鏡，眼睛在凹透鏡后面觀察。這臺儀器能把物體放大三倍。當(dāng)時有一個爭論，是誰最先發(fā)明了這個儀器，所以這個專利申請一直沒有被批準(zhǔn)。意大利發(fā)明家伽利略·伽利略·伽利雷于1609年初制作了自己的望遠(yuǎn)鏡。他是第一個把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)天體的人，他的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了天文學(xué)的革命。

意大利佛羅倫薩烏菲齊廣場外的伽利略雕塑

你可能知道早期望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)質(zhì)量很差。望遠(yuǎn)鏡中使用的透鏡有各種像差。望遠(yuǎn)鏡制造商發(fā)現(xiàn)，如果透鏡的焦距比變長，這些像差將會減少。也許這些發(fā)明家中最著名的是荷蘭天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯(1629-1695)和德國天文學(xué)家約翰內(nèi)斯·赫維留?；莞狗謩e制作了焦距為36米、7米和35米的望遠(yuǎn)鏡，并用它們做出了重要發(fā)現(xiàn)，包括首次鑒定了土星環(huán)的性質(zhì)。他還試圖減少物鏡引起的色差，并在望遠(yuǎn)鏡鏡筒中安裝了光闌，以減少鏡筒內(nèi)壁反射光的影響。赫維留制造了焦距分別為18米、22米和46米的巨型望遠(yuǎn)鏡！這些望遠(yuǎn)鏡有許多組件，安裝在木架上，由滑輪操作。你需要一群助手的幫助才能移動。除了很難準(zhǔn)確指向目標(biāo)之外，如果有一點點微風(fēng)，望遠(yuǎn)鏡就會搖晃著停止使用。鏡片早期的問題之一就是色差現(xiàn)象。白光是由各種顏色組成的。遺憾的是，不同顏色的光通過單透鏡后并不會匯聚在同一個焦點上，藍(lán)光比紅光匯聚得更強(qiáng)烈。

色差。一塊單透鏡不能使各種顏色的光會聚在同一個焦點上。

在1729年，霍爾(切斯特·莫爾哈爾。1703-1771)設(shè)計了一種透鏡，它是由一塊冕狀玻璃和一塊燧石玻璃組成的。它的圖像在一定程度上沒有色差，所以這個鏡頭被稱為消色差的。當(dāng)時，望遠(yuǎn)鏡制造是一個有利可圖的行業(yè)，所以霍爾在秘密工作。他找了兩家光學(xué)廠分別加工皇冠玻璃和火石玻璃的鏡片?；魻栔圃斓南钔哥R直徑5英寸，焦距20英寸。這是一個里程碑式的成就。就在60年前，就連牛頓這樣的權(quán)威也聲稱不可能做出消色差透鏡。

一片或兩片的消色差物鏡使紅光和藍(lán)光會聚到同一個焦點，從而大大減小色差。

到了19世紀(jì)，玻璃和消色差透鏡的制造質(zhì)量有了很大的進(jìn)步。一個有力的例子是1819年約瑟夫·弗勞恩霍夫(1787-1826)為多爾巴特折射望遠(yuǎn)鏡(多爾巴特，俄羅斯地名)制作的透鏡。這款鏡頭直徑240mm，焦比17，質(zhì)量不遜于現(xiàn)在做的消色差鏡頭。斯特魯維(F.G.W.Struve)用這個望遠(yuǎn)鏡來搜索和測量雙星。當(dāng)你在當(dāng)前的雙星目錄中看到符號σ時，它代表了當(dāng)時斯特魯維用這臺望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的一對雙星。在19世紀(jì)中期的美國，阿爾文·克拉克(1804-1887)和他的兒子們開始制造高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡。在他們制造的大大小小的望遠(yuǎn)鏡中，最頂尖的是1897年投入使用的有史以來最大的折射望遠(yuǎn)鏡:芝加哥大學(xué)葉克石天文臺直徑016米的折射鏡。

20世紀(jì)，消色差透鏡的技術(shù)還在進(jìn)步。20世紀(jì)20年代，解決了兩個問題。一個是光從空氣體進(jìn)入透鏡時，玻璃表面反射造成的光能損失；另一種是透鏡組內(nèi)表面的光反射。這兩個問題被德國的克拉克和蔡斯公司攻克。他們設(shè)計了一個用油隔離的物鏡組。鏡片之間的油消除了鏡頭組內(nèi)部的反射，增加了每個表面2%的透射比。同時也減少了一些微小缺陷對鏡片表面的影響。這個鏡頭組的密封必須近乎完美，否則熱脹冷縮造成的變形會導(dǎo)致漏油。同時，大約10年后，機(jī)油會變臟，需要更換。到了50年代，鍍膜技術(shù)(尤其是氟化鎂膜)有了很大的提高，人們不再需要依靠油來消除鏡片內(nèi)部的反射，減少玻璃界面反射造成的光損失。后來還發(fā)明了一種由氟化鈣(螢石)組成的新型玻璃。(第一臺裝有螢石物鏡的望遠(yuǎn)鏡是日本高橋公司于1977年制造的)。1951年，聯(lián)合貿(mào)易公司開始銷售高質(zhì)量的Unitron系列折射望遠(yuǎn)鏡。從20世紀(jì)50年代到70年代，Unitron展開了強(qiáng)大的廣告攻勢(在這一時期的每一期Sky 空和Telescope雜志上都可以看到它的廣告)。所有Unitron望遠(yuǎn)鏡都配有空氣體分離消色差物鏡，校正精確。第一個聲稱“消色差”的望遠(yuǎn)鏡物鏡是Astro-physics，Inc .的Christon在1981年推出的三透鏡系統(tǒng)，當(dāng)時只能提供兩種“消色差”，都是f/11氟化鎂薄膜空氣體分離三件套系統(tǒng)。小的150mm，大的200mm?？死锼跪v的文章:1981年10月的《天空空和望遠(yuǎn)鏡》雜志上發(fā)表了一個消色差的三物鏡。這是消色差折射望遠(yuǎn)鏡新時代的開始。

注:復(fù)消色差透鏡雖然被稱為“消色差”，但實際上不同波長的光線仍然不會嚴(yán)格會聚到同一個焦點，但它的聚焦比普通消色差透鏡好很多?，F(xiàn)在的消色差物鏡通常由兩個或四個透鏡組成，其中至少一個透鏡由螢石或超低色散(ED)玻璃制成，進(jìn)一步校正色差。

托馬斯·貝克是先進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計者，也是俄亥俄州克里夫蘭市TMB光學(xué)公司的老板。他給出了消色差物鏡的全面定義:明視覺的峰值響應(yīng)位于可見光譜區(qū)中以555m m為中心的黃綠光譜部分，如果在這個波長，望遠(yuǎn)鏡物鏡成像的斯特雷爾系數(shù)達(dá)到或超過0.95；彗星像差在全孔徑范圍內(nèi)得到校正；從C線到F線的波長范圍內(nèi)的最大波像差小于1/4波長；對于紫色G線，波像差的峰谷值小于1/2波長，因此這種物鏡符合現(xiàn)代對消色差的定義。這種質(zhì)量的物鏡沒有二階色差，成像清晰，對比度高。

兩種望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。d是光圈，4d是焦距。因為焦距是4倍口徑，所以兩者都是f/4系統(tǒng)。

折射的優(yōu)點高質(zhì)量的消色差和消色差望遠(yuǎn)鏡在某些方面優(yōu)于鏡子。首先，折射鏡的整個物鏡光圈內(nèi)沒有陰影，所以入射光不會被中間的陰影衍射散射到黑暗處，所以折射鏡的成像對比度一般較大。折射鏡通常被認(rèn)為是觀測行星和雙星的首選。折射的第二個好處是容易維護(hù)。鏡頭不需要經(jīng)常重新鍍膜，組裝好的鏡筒通常也不需要調(diào)整準(zhǔn)直。鏡頭固定在鏡筒內(nèi)，光軸不易偏移或損壞。望遠(yuǎn)鏡的缺點是折射鏡的鏡筒是封閉的，需要很長時間才能達(dá)到周圍環(huán)境的溫度。現(xiàn)在的鏡筒已經(jīng)大大縮短了熱平衡所需的周期，但實際觀測中仍需考慮這一因素。第二個缺點是消色差物鏡的成像仍然有一點色差，這表明在像月球或木星這樣的明亮目標(biāo)周圍可以看到深色的邊緣。折射望遠(yuǎn)鏡最大的缺點是大口徑消色差，復(fù)消色差透鏡價格高。因為三片消色差物鏡有六個面要加工。150mm復(fù)消色差透鏡的成本至少是同口徑高質(zhì)量反射鏡的10倍，后者只有一個鏡面需要加工。

文章摘自《劍橋天文學(xué)家指南》。

劍橋天文愛好者指南[美]邁克爾·e·白克奇湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2021年7月

這本書包括天文觀測技巧，望遠(yuǎn)鏡和天文臺，互聯(lián)網(wǎng)資源，天體研究。新手可以從中學(xué)習(xí)到很多技巧和竅門，學(xué)會如何開始探索星空空。這本書還包含一些準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和精美的彩色插圖。這對新手和資深觀察者都是很好的指南。

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