望远镜的发展历史

17世纪初的一天,荷兰小镇上一家眼镜店的老板汉斯·利珀希(Hans Lippershey)把一个凸透镜和一个凹透镜排成一条线,检查磨出来的镜片质量。透过镜头看去,他发现远处的教堂尖顶似乎越来越近,于是意外发现了望远镜的秘密。

1608年,他为自己制作的望远镜申请了专利,并遵照当局的要求,制造了一架双筒望远镜。

据说镇上有几十个眼镜商声称发明了望远镜,但一般认为李侃如是望远镜的发明者。

发明望远镜的消息很快就在欧洲国家传开了。意大利科学家伽利略得知消息后,自己做了一个。

第一架望远镜只能把物体放大三倍。

一个月后,他做的第二台望远镜可以放大8倍,第三台望远镜可以放大20倍。

1609 10年6月,他做了一架放大30倍的望远镜。

伽利略用自制的望远镜观测夜空,首次发现月球表面凹凸不平,布满山脉,布满陨石坑。

此后发现了木星的四颗卫星和太阳的黑子运动,得出了太阳在自转的结论。

几乎与此同时,德国天文学家开普勒开始研究望远镜。他在弯曲光学中提出了另一种天文望远镜,它由两个凸透镜组成。与伽利略的望远镜不同,它的视野比伽利略望远镜更广。

但是开普勒没有做出他介绍的望远镜。

萨迦娜在1613-1617之间首次制作了这种望远镜。他还根据开普勒的建议制作了带有第三个凸透镜的望远镜,把两个凸透镜组成的望远镜的倒像变成了正像。

萨迦纳做了八个望远镜,一个用来观测太阳,无论哪一个都能看到形状相同的黑子。

因此,他打消了很多人认为太阳黑子可能是镜头上的灰尘造成的错觉,证明了太阳黑子确实是被观测到的真实存在。

观测太阳时,萨吉纳安装了特殊的遮光玻璃,但伽利略没有加这个防护装置。结果他伤了眼睛,最后几乎失明。

荷兰的惠更斯在1665年做了一个管长近6米的望远镜来探索土星环,后来又做了一个管长近41米的望远镜。

使用透镜裁剪镜的望远镜叫做折射望远镜。即使加长镜筒,精密加工镜片,也无法消除色差。牛顿曾经认为折射式望远镜的色差是无可救药的,结果证明太悲观了。

1668年,他发明了反射式望远镜,解决了色差问题。

第一反望远镜很小,望远镜里的镜子口径只有2.5厘米,但木星的卫星和金星的盈亏都能看得很清楚(见附图1)。

1672年,牛顿做了一个更大的反射式望远镜,送给了皇家学会,至今还保存在皇家学会的图书馆里。

1733年,英国人哈尔制造了第一台消色差折射望远镜。

1758年,伦敦的博兰也制作了同样的望远镜。他用不同折射率的玻璃分别制作凸透镜和凹透镜,以抵消它们形成的有色边缘。

但是,做一个大镜头并不容易。目前世界上最大的折射望远镜直径为102 cm,安装在亚迪斯天文台。

1793年,英国威廉·赫歇尔制作了反射式望远镜。反射器的直径为130厘米,由铜锡合金制成,重1吨。

英国威廉·帕森思于1845年制造的反射望远镜,反射镜的直径为1.82米..

1917年,美国加利福尼亚州威尔逊山天文台建造了胡克望远镜。

它的主镜光圈是100英寸。

埃德温·哈勃就是用这台望远镜发现了宇宙正在膨胀这一惊人的事实。

1930年,德国人伯恩哈德·施密特综合了折射望远镜和反射望远镜的优点(折射望远镜像差小但有色差,尺寸越大越贵;反射式望远镜没有色差,而且成本低,反射镜可以做得很大,但是有色差),做出了第一台折叠式反射式望远镜。

战后,反射式望远镜在天文观测方面发展迅速。1950年,帕洛马山上安装了直径5.08米的海尔反射式望远镜。

1969年,在前苏联北高加索的帕斯图霍夫山上安装了一个直径为6米的反射器。

1990年,美国国家航空航天局将哈勃太空望远镜送入轨道。但由于镜面故障,直到1993宇航员完成太空修复,更换了镜头,哈勃太空望远镜才开始充分发挥作用。

由于可以不受地球大气层的干扰,哈勃望远镜的图像清晰度是地球上同类望远镜的10倍。

1993年,美国在夏威夷莫纳克山上建造了直径为10米的凯克望远镜,其镜面由36面直径为1.8米的镜面组成。

2001位于智利的欧洲南方天文台研制出了“VLT”,由4台8米口径望远镜组成,聚光能力相当于一台16米反射式望远镜。

现在,一批在建的望远镜已经开始攻击莫纳克亚山上的白巨人兄弟。

这些新的竞争对手包括直径为30m的加州极大望远镜(CELT)、直径为20m的巨型麦哲伦望远镜(GMT)和直径为100m的压倒性大望远镜(OWL)。

他们的支持者指出,这些新望远镜不仅可以提供图像质量远好于哈勃的太空图片,还可以收集更多的光线,了解更多关于6543.8+00亿年前星系形成时的初始恒星和宇宙气体,并清楚地看到遥远恒星周围的行星。

天文望远镜是观测天体的重要手段。毫不夸张地说,没有望远镜的诞生和发展,就没有现代天文学。

随着望远镜各方面性能的提升,天文学也在经历着巨大的飞跃,迅速推动着人类对宇宙的认识。

从第一台光学望远镜到射电望远镜诞生的300多年间,光学望远镜一直是天文观测最重要的工具。下面简单介绍一下光学望远镜的发展。

折光式望远镜

1608年,一位名叫Liporsay的荷兰眼镜商意外发现,他可以用两块镜片看到远处的风景。受此启发,他建造了人类历史上第一台望远镜。

1609年,伽利略制作了一架直径4.2厘米,长约1.2米的望远镜。

他用平凸透镜作为物镜,凹透镜作为目镜。这个光学系统被称为伽利略望远镜。

伽利略把望远镜对准天空,取得了一系列重要发现。天文学进入了望远镜时代。

1611年,德国天文学家开普勒用两块双凸透镜分别作为物镜和目镜,显著提高了放大倍数。后来,人们把这个光学系统叫做开普勒望远镜。

现在人们还在使用这两种折射式望远镜,天文望远镜采用开普勒式。

需要指出的是,当时由于望远镜采用单镜头作为物镜,存在严重的色差。为了获得良好的观察效果,需要一个曲率很小的透镜,这必然导致镜体的加长。

所以长期以来,天文学家一直梦想着制造更长的望远镜,很多尝试都以失败告终。

1757年,都龙通过研究玻璃和水的折射和色散,建立了消色差透镜的理论基础,用冕玻璃和燧石玻璃制作了消色差透镜。

从此,消色差折射望远镜完全取代了长镜望远镜。

然而,由于技术限制,很难铸造大型燧石玻璃。消色差望远镜初期,最多只能磨10 cm镜片。

19世纪末,随着制造技术的提高,制造大口径折射望远镜成为可能,随后出现了* * *制造大口径折射望远镜。

世界上现存的8台70 cm以上的折射望远镜中,有7台建于1885至1897年之间,其中最具代表性的是建于1897年的102 cm口径的叶克石望远镜和建于1886年的91 cm口径的里克望远镜。

折射式望远镜具有焦距长、负标度大、对镜筒弯曲不敏感等优点,最适用于天体测量。

但总会有残余色差,同时对紫外和红外波段的辐射吸收非常强。

巨大光学玻璃的铸造也非常困难。到了1897年叶克石望远镜建成的时候,折射望远镜的发展达到了顶峰,之后的百年间没有更大的折射望远镜出现。

这主要是因为技术上无法铸造一大块完美的玻璃作为镜头,大尺寸的镜头由于重力的作用变形会非常明显,从而失去明锐的对焦。

反射望远镜:

第一台反射式望远镜诞生于1668年。

牛顿在研磨非球面透镜多次失败后,决定使用球面镜作为主镜。

他磨出一个直径为2.5厘米的凹面镜,在主镜的焦点前放置一个角度为45o的反射镜,使主镜反射的聚光以90o的角度从镜筒反射到达目镜。

这个系统被称为牛顿反射望远镜。

虽然它的球面镜会产生一些像差,但是用反射镜代替折射镜是很成功的。

在1663中,詹姆斯·格雷戈里提出了一个方案:使用一个主镜和一个副镜,两者都是凹面镜。副镜放在主镜焦点之外,主镜中心留一个小孔,使光线经过主镜和副镜两次反射后从小孔出射,到达目镜。

这个设计的目的是同时消除球差和色差,这就需要一个抛物面主镜和一个椭球面副镜,理论上是正确的,但是当时的制造水平达不到这个要求,所以格雷戈里无法为他得到一个有用的镜子。

1672年,法国人塞格林提出了反射式望远镜的第三种设计方案。结构类似于格雷戈里望远镜,不同的是副镜在主镜焦点前是凸的,这是最常用的卡塞格伦反射式望远镜。

这就使得副镜反射的光线略有发散,降低了放大倍数,但却消除了球差,这样望远镜也可以把焦距做得很短。

塞格林望远镜的主镜和副镜可以有多种不同的形式,其光学性能也是不同的。

由于塞格林望远镜焦距长,镜体短,放大倍数大,获得的图像清晰;seglin focus可以用于研究小视场的天体,而Newton focus可以配置为拍摄大面积的天体。

因此,塞格林望远镜得到了广泛的应用。

赫歇尔是制作反射望远镜的大师。他早年是个音乐家。因为热爱天文,他从1773开始磨望远镜,一生做了上百架望远镜。

赫歇尔制作的望远镜中,物镜斜放在镜筒内,使平行光反射后会聚在镜筒的一侧。

在反射式望远镜发明后的近200年里,反光材料一直是阻碍其发展的障碍:铸造镜面的青铜容易腐蚀,必须定期打磨,这需要大量的金钱和时间,而耐腐蚀性好的金属比青铜更致密,也更昂贵。

1856年,德国化学家尤斯图斯·冯·李比希(justus von liebig)发明了一种方法,可以在玻璃上镀一层薄薄的银,经过光抛光后高效率地反射光线。

这样就有可能做出更好更大的反射式望远镜。

1918年底,直径254 cm的虎克望远镜投入使用,由海尔建造。

天文学家使用这台望远镜首次揭示了银河系的真实大小和我们在其中的位置。更重要的是,哈勃的宇宙膨胀理论是用胡克望远镜观测的结果。

在20世纪20年代和30年代,胡克望远镜的成功激励天文学家建造更大的反射望远镜。

1948年,美国建造了一台直径为508厘米的望远镜。为了纪念海尔这位杰出的望远镜制造商,将其命名为海尔望远镜。

海尔望远镜的设计制造至今已有20多年。虽然比胡克望远镜视野更远,分辨率更强,但并没有让人类对宇宙有更新的认识。

正如阿西莫夫所说,“海尔望远镜(1948)和半个世纪前的叶克石望远镜(1897)一样,似乎预示着某一特定类型的望远镜几乎已经走到了尽头”。

1976年,前苏联造出了600厘米的望远镜,但功能还不如海尔望远镜,这也印证了阿西莫夫所说的。

反射式望远镜有很多优点,例如,它没有色差,可以在很宽的可见光范围内记录天体发出的信息,比折射式望远镜更容易制作。

但由于其固有的缺点,如光圈越大,视场越小,物镜需要定期镀膜等。

反射折射望远镜;

折反射望远镜最早出现在1814。

1931年,德国光学家施密特利用独特的接近平行板的非球面薄透镜作为校正镜,配合球面反射镜,制成了可以消除球差和离轴像差的施密特型折反射望远镜。这种望远镜光焦度强,视场大,像差小,适合拍摄天空的大面积照片,尤其适合拍摄昏暗的星云。

施密特望远镜已经成为天文观测的重要工具。

1940年,马克苏托夫用弯月形透镜作为矫正透镜,制作了另一种折叠反射望远镜。它的两个面是两个曲率不同的球面,差别不大,但是曲率和厚度都很大。

它的所有表面都是球面,比施密特望远镜的校正板更容易磨削,镜筒更短,但视场比施密特望远镜小,对玻璃的要求更高。

由于折反射望远镜可以兼顾折射式和反射式望远镜的优点,非常适合业余天文观测和天文摄影,受到了广大天文爱好者的喜爱。