伽利略望遠(yuǎn)鏡原理

伽利略望遠(yuǎn)鏡(Galileo telescope)是指物鏡是會聚透鏡，而目鏡是發(fā)散透鏡的望遠(yuǎn)鏡。

光線經(jīng)過物鏡折射所成的實像在目鏡的后方(靠近人目的后方)焦點(diǎn)上，這像對目鏡是一個虛像，因此經(jīng)它折射后成一放大的正立虛像。伽利略望遠(yuǎn)鏡的放大率等于物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優(yōu)點(diǎn)是鏡筒短而能成正像，但它的視野比較小。

把兩個放大倍數(shù)不高的伽利略望遠(yuǎn)鏡并列一起、中間用一個螺栓鈕可以同時調(diào)節(jié)其清晰程度的裝置，稱為"觀劇鏡";因攜帶方便，常用以觀看表演等。

伽利略發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡在人類認(rèn)識自然的歷史中占有重要地位。它由一個凹透鏡(目鏡)和一個凸透鏡(物鏡)構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能直接成正像。

你可以用很低的費(fèi)用制作一架伽利略式望遠(yuǎn)鏡。從文化用品商店買一塊直徑、焦距大一些的眼鏡片作為物鏡和一塊焦距、直徑較小的透鏡作為目鏡。用膠水和小槽把兩塊鏡片裝在硬紙筒內(nèi)，再做一個簡單的臺座，于是一架能夠看到月亮上的群山、銀河中的繁星和木星的衛(wèi)星的望遠(yuǎn)鏡便制成了。想想看，伽利略就是用這個發(fā)現(xiàn)的。

但是切記，不要通過望遠(yuǎn)鏡直接觀察太陽，以免高溫灼傷眼睛!

伽利略的折射望遠(yuǎn)鏡有一個令人討厭的缺點(diǎn)，就是在明亮物體周圍產(chǎn)生"假色"。"假色"產(chǎn)生的癥結(jié)在于通常所謂的"白光"根本不是白顏色的光，而是由組成彩虹的從紅到紫的所有色光混合而成的。當(dāng)光束進(jìn)入物鏡并被折射時，各種色光的折射程度不同，因此成像的焦點(diǎn)也不同，模糊就產(chǎn)生了。

你可以用很低的費(fèi)用制作一架伽利略式望遠(yuǎn)鏡。從商店買一塊直徑、焦距大一些的眼鏡片作為物鏡和一塊焦距、直徑較小的透鏡作為目鏡。用膠水和小槽把兩塊鏡片裝在硬紙筒內(nèi)，再做一個簡單的臺座，于是一架能夠看到月亮上的群山、銀河中的繁星和木星的衛(wèi)星的望遠(yuǎn)鏡便制成了。想但是切記，不要通過望遠(yuǎn)鏡直接觀察太陽，以免高溫灼傷眼睛!

他先觀測到了月球的高地和環(huán)形山投下的陰影，接著又發(fā)現(xiàn)了太陽黑子，此外還發(fā)現(xiàn)了木星的4個最大的衛(wèi)星。 自那以后，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)獲得了長足進(jìn)步，光學(xué)技術(shù)的騰飛促使科學(xué)儀器不斷更新。當(dāng)今最先進(jìn)的地面望遠(yuǎn)鏡具有龐大的結(jié)構(gòu)，直徑達(dá)10米的靈活轉(zhuǎn)動鏡片。然而，現(xiàn)代高級的天文望遠(yuǎn)鏡都是在前 人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

1609年的秋天，身兼帕多瓦大學(xué)數(shù)學(xué)、科學(xué)和天文學(xué)教授的伽利略，制作出了一個放大倍數(shù)為32倍的望遠(yuǎn)鏡。伽利略將鏡頭首次對準(zhǔn)了月球，這是人類首次對月面進(jìn)行科學(xué)觀測。

1610年1月7日，伽利略發(fā)現(xiàn)了木星的四顆衛(wèi)星，為哥白尼學(xué)說找到了確鑿的證據(jù)，標(biāo)志著哥白尼學(xué)說開始走向勝利。借助于望遠(yuǎn)鏡，伽利略還先后發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)、太陽黑子、太陽的自轉(zhuǎn)、金星和水星的盈虧現(xiàn)象、月球的周日和周月天平動，以及銀河是由無數(shù)恒星組成等等。

這些發(fā)現(xiàn)開辟了天文學(xué)的新時代，近代天文學(xué)的大門被打開了。

物鏡是會聚透鏡而目鏡是發(fā)散透鏡的望遠(yuǎn)鏡。光線經(jīng)過物鏡折射所成的實像在目鏡的后方(靠近人目的后方)焦點(diǎn)上，這像對目鏡是一個虛像，因此經(jīng)它折射后成一放大的正立虛像。伽利略望遠(yuǎn)鏡的放大率等于物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優(yōu)點(diǎn)是鏡筒短而能成正像，但它的視野比較小。

1.伽利略式望遠(yuǎn)鏡

1609年，伽利略制作了一架口徑4.2厘米，長約12厘米的望遠(yuǎn)鏡。他是用平凸透鏡作為物鏡，凹透鏡作為目鏡， 這種光學(xué)系統(tǒng)稱為伽利略式望遠(yuǎn)鏡。伽利略用這架望遠(yuǎn)鏡指向天空，得到了一系列的重要發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)從此進(jìn)入了望遠(yuǎn)鏡時代。

2.開普勒式望遠(yuǎn)鏡

1611年，德國天文學(xué)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(shù)有了明顯的提高，以后人們將這種光學(xué)系統(tǒng)稱為開普勒式望遠(yuǎn)鏡?，F(xiàn)在人們用的折射式望遠(yuǎn)鏡還是這兩種形式，天文望遠(yuǎn)鏡是采用開普勒式。

3.施密特式折反射望遠(yuǎn)鏡

折反射式望遠(yuǎn)鏡最早出現(xiàn)于1814年。1931年，德國光學(xué)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象差的施密特式折反射望遠(yuǎn)鏡，這種望遠(yuǎn)鏡光力強(qiáng)、視場大、象差小，適合于拍攝大面積的天區(qū)照片，尤其是對暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)成了天文觀測的重要工具。

4.馬克蘇托夫式

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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)鏡小，對玻璃的要求也高一些。

由于折反射式望遠(yuǎn)鏡能兼顧折射和反射兩種望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點(diǎn)，非常適合業(yè)余的天文觀測和天文攝影，并且得到了廣大天文愛好者的喜愛。

5.歐洲甚大望遠(yuǎn)鏡

歐洲南方天文臺自1986年開始研制由4臺8米口徑望遠(yuǎn)鏡組成一臺等效口徑為16米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（VLT)。這4臺8米望遠(yuǎn)鏡排列在一條直線上，它們均為RC光學(xué)系統(tǒng)，焦比是F/2，采用地平裝置，主鏡采用主動光學(xué)系統(tǒng)支撐，指向精度為1″，跟蹤精度為0.05″，鏡筒重量為100噸，叉臂重量不到120噸。這4臺望遠(yuǎn)鏡可以組成一個干涉陣，做兩兩干涉觀測，也可以單獨(dú)使用每一臺望遠(yuǎn)鏡。

6.雙子望遠(yuǎn)鏡

雙子望遠(yuǎn)鏡（GEMINI)是以美國為主的一項國際設(shè)備（其中，美國占50%，英國占25%，加拿大占15%，智利占5%，阿根廷占2.5%，巴西占2.5%），由美國大學(xué)天文聯(lián)盟（AURA）負(fù)責(zé)實施。它由兩個8米望遠(yuǎn)鏡組成，一個放在北半球，一個放在南半球，以進(jìn)行全天系統(tǒng)觀測。其主鏡采用主動光學(xué)控制，副鏡作傾斜鏡快速改正，還將通過自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)使紅外區(qū)接近衍射極限。

7.日本昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡

這是一臺8米口徑的光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡(SUBARU)。它有三個特點(diǎn)：一是鏡面薄，通過主動光學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)獲得較高的成象質(zhì)量；二是可實現(xiàn)0.1″的高精度跟蹤；三是采用圓柱形觀測室，自動控制通風(fēng)和空氣過濾器，使熱湍流的排除達(dá)到最佳條件。此望遠(yuǎn)鏡采用Serrurier桁架，可使主鏡框與副鏡框在移動中保持平行。大天區(qū)多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡LAMOST（郭守敬）　這是中國已建成的一架有效通光口徑為4米、焦距為20米、視場達(dá)20平方度的中星儀式的反射施密特望遠(yuǎn)鏡。

它的技術(shù)特色是：

1．把主動光學(xué)技術(shù)應(yīng)用在反射施密特系統(tǒng)，在跟蹤天體運(yùn)動中作實時球差改正，實現(xiàn)大口徑和大視場兼?zhèn)涞墓δ堋?/p>

2．球面主鏡和反射鏡均采用拼接技術(shù)。

3．多目標(biāo)光纖（可達(dá)4000根，一般望遠(yuǎn)鏡只有600根）的光譜技術(shù)將是一個重要突破。

LAMOST把普測的星系極限星等推到20.5m，比SDSS計劃高2等左右，實現(xiàn)107個星系的光譜普測，把觀測目標(biāo)的數(shù)量提高1個量級 。

8.射電望遠(yuǎn)鏡

1932年央斯基（Jansky.K.G）用無線電天線探測到來自銀河系中心（人馬座方向）的射電輻射，這標(biāo)志著人類打開了在傳統(tǒng)光學(xué)波段之外進(jìn)行觀測的第一個窗口。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，射電天文學(xué)脫穎而出，射電望遠(yuǎn)鏡為射電天文學(xué)的發(fā)展起了關(guān)鍵的作用，比如：六十年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)，類星體，脈沖星，星際分子和宇宙微波背景輻射，都是用射電望遠(yuǎn)鏡觀測得到的。射電望遠(yuǎn)鏡的每一次長足的進(jìn)步都會毫無例外地為射電天文學(xué)的發(fā)展樹立一個里程碑。

英國曼徹斯特大學(xué)于1946年建造了直徑為66.5米的固定式拋物面射電望遠(yuǎn)鏡，1955年又建成了當(dāng)時世界上最大的可轉(zhuǎn)動拋物面射電望遠(yuǎn)鏡；六十年代，美國在波多黎各阿雷西博鎮(zhèn)建造了直徑達(dá)305米的拋物面射電望遠(yuǎn)鏡，它是順著山坡固定在地表面上的，不能轉(zhuǎn)動，這是世界上最大的單孔徑射電望遠(yuǎn)鏡。

1962年，Ryle發(fā)明了綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，他也因此獲得了1974年諾貝爾物理學(xué)獎。綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡實現(xiàn)了由多個較小天線結(jié)構(gòu)獲得相當(dāng)于大口徑單天線所能取得的效果。

1967年Broten等人第一次記錄到了VLBI干涉條紋。

七十年代，聯(lián)邦德國在玻恩附近建造了100米直徑的全向轉(zhuǎn)動拋物面射電望遠(yuǎn)鏡，這是世界上最大的可轉(zhuǎn)動單天線射電望遠(yuǎn)鏡。

八十年代以來，歐洲的VLBI網(wǎng)（EVN），美國的VLBA陣，日本的空間VLBI（VSOP）相繼投入使用，這是新一代射電望遠(yuǎn)鏡的代表，它們在靈敏度、分辨率和觀測波段上都大大超過了以往的望遠(yuǎn)鏡。

中國科學(xué)院上海天文臺和烏魯木齊天文站的兩架25米射電望遠(yuǎn)鏡作為正式成員參加了美國的地球自轉(zhuǎn)連續(xù)觀測計劃（CORE）和歐洲的甚長基線干涉網(wǎng)（EVN），這兩個計劃分別用于地球自轉(zhuǎn)和高精度天體測量研究（CORE）和天體物理研究（EVN）。這種由各國射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合進(jìn)行長基線干涉觀測的方式，起到了任何一個國家單獨(dú)使用大望遠(yuǎn)鏡都不能達(dá)到的效果。

9.哈勃空間望遠(yuǎn)鏡

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HST)，這是由美國宇航局主持建造的四座巨型空間天文臺中的第一座，也是所有天文觀測項目中規(guī)模最大、投資最多、最受到公眾注目的一項。它籌建于1978年，設(shè)計歷時7年，1989年完成，并于1990年4月25日由航天飛機(jī)運(yùn)載升空，耗資30億美元。但是由于人為原因造成的主鏡光學(xué)系統(tǒng)的球差，不得不在1993年12月2日進(jìn)行了規(guī)模浩大的修復(fù)工作。成功的修復(fù)使HST性能達(dá)到甚至超過了原先設(shè)計的目標(biāo)，觀測結(jié)果表明，它的分辨率比地面的大型望遠(yuǎn)鏡高出幾十倍。

1997年的維修中，為HST安裝了第二代儀器：有空間望遠(yuǎn)鏡成象光譜儀、近紅外照相機(jī)和多目標(biāo)攝譜儀，把HST的觀測范圍擴(kuò)展到了近紅外并提高了紫外光譜上的效率。

1999年12月的維修為HST更換了陀螺儀和新的計算機(jī)，并安裝了第三代儀器――高級普查攝像儀，這將提高HST在紫外－光學(xué)－近紅外的靈敏度和成圖的性能。

HST對國際天文學(xué)界的發(fā)展有非常重要的影響。

10.空間天文望遠(yuǎn)鏡

"下一代大型空間望遠(yuǎn)鏡"（NGST）和"空間干涉測量飛行任務(wù)"（SIM）是NASA"起源計劃"的關(guān)鍵項目，用于探索在宇宙最早期形成的第一批星系和星團(tuán)。其中，NGST是大孔徑被動制冷望遠(yuǎn)鏡，口徑在4～8米之間，是HST和SIRTF（紅外空間望遠(yuǎn)鏡）的后續(xù)項目。它強(qiáng)大的觀測能力特別體現(xiàn)在光學(xué)、近紅外和中紅外的大視場、衍射限成圖方面。將運(yùn)行于近地軌道的SIM采用邁克爾干涉方案，提供毫角秒級精度的恒星的精密絕對定位測量，同時由于具有綜合成圖能力，能產(chǎn)生高分辨率的圖象，所以可以用于實現(xiàn)搜索其它行星等科學(xué)目的。

值得注意的是道布森式望遠(yuǎn)鏡并不是與伽利略望遠(yuǎn)鏡、開普勒望遠(yuǎn)鏡或牛頓望遠(yuǎn)鏡并列的另一種光學(xué)結(jié)構(gòu)分類。 道布森式望遠(yuǎn)鏡僅指支架，沒有限制光學(xué)結(jié)構(gòu)。但一般在牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡上用得較多。