天文望远镜的12个历史瞬间

自从望远镜诞生之后，所有相关人员都在为其优良的成像、便捷的使用而不懈努力。

不同天文学家利用早期望远镜绘制的土星图像，因为光学像差的缘故，土星的形态被猜测成各种各样。（来源：wiki）

伽利略的密语——折射望远镜石破天惊

1608年， 荷兰人汉斯（Hans Lippershey）用水晶造出了第一台望远镜。仅仅一年多之后，伽利略（Galileo Galilei）就通过对望远镜的改装，完成了它的一大步进化——天文望远镜出现了。利用这台望远镜，伽利略发现了月球上的撞击坑，发现了木星的四颗卫星，发现了银河实际上是由众多暗弱恒星组成，也发现了土星形状诡异。

然而他对于土星的发现并不确定，纠结之下将这一发现写成一段“密语”：Smaismrmielmepoetaleumibuvnenugttaviras，让他人猜度。后来当他稍稍自信后，才将谜底公布出来：土星是三个星组成的，一大两小。这显然不是如今我们熟知的土星，那个拥有漂亮光环著称的土星。伽利略的问题在于，他的望远镜口径还不够大，光学质量还不足够好。

很快，折射式望远镜的第一个改进出现了：开普勒式望远镜，他把伽利略式的凸透镜-凹透镜组合，换成了凸透镜-凸透镜组合。这样的结果是视野增大，而且放大率提高，带来的不便则是图像呈倒像。这对天文观测来说毫无影响，因为天体并无所谓正立或者倒立。

惠更斯与土星光环——悬在空中的望远镜

1655年， 也就是伽利略望远镜出现的四十多年后，惠更斯（Christiaan Huygens）让折射式望远镜有了进一步发展。

为了减弱色差，他使用了非常长的焦距，这也使得他制作的天文望远镜造型古怪——有一个竖杆，顶端放置望远镜的物镜，用一根绳子控制物镜的指向，然后在绳子的另一端安装目镜。惠更斯在目镜制作上也下了功夫，以至他后来设计的惠更斯目镜如今依然被人们使用。惠更斯的努力没有白费，他看清了土星的光环，并且发现了土卫六。他在公布新发现时也采用了“密码”：“aaaaaaa ccccc d eeeee g h iiiiiii llll mmnnnnnnnnn oooo pp g rr s ttttt uuuuu”这句话翻译过来就是：有环环绕，环薄而平，没有一处与本体相连，而与黄道斜交。

图片惠更斯的悬空式望远镜。（来源：伦敦科学博物馆）

17世纪，惠更斯制造的望远镜在市场上具有垄断地位，正得益于他关于土星系统的发现。惠更斯兄弟一直声称，他们所制作的望远镜是当时最好的。惠更斯正处于事业的巅峰，他们用第一个作品——1655年的口径5.7厘米、焦距365厘米（12英尺）的望远镜，发现了土星卫星。

之后，1656年，惠更斯建造了更大的一台悬空式望远镜，口径10.5厘米、焦距长达701厘米（23英尺）。几年后，著名的惠更斯目镜被制造出来，并安装在这台望远镜上。这些工作完成之后，惠更斯望远镜的目视倍率达到了120倍，也获得了一些重要发现，这其中包括了火星的极冠，以及那个后来被称为“大流沙”或者“大沙漏”的三角形暗色区域。

1673年赫维留的45米焦距望远镜。（来源：wiki）

牛顿的预言——反射式望远镜的出现

人们很早就知道，正透镜和凹面镜的效果在某种程度上类似，既然折射望远镜可以工作，那么反射式望远镜的设计，也就是理所应当的事。很快，各种各样的设计出现了，其中最著名的就是梅森（MarinMersenne）在1636年的设计。

牛顿反射望远镜的设计细节。（来源：wiki）

但在当时而言，梅森的设计太超前了，甚至连伽利略、笛卡尔等人（René Descartes）都看不懂。梅森曾经打算自己建造反射式望远镜，但笛卡尔拦住了他，因为梅森望远镜的镜面是抛物面的，而在当时，制造抛物面反射镜是个巨大的挑战。其实笛卡尔是正确的，当时不止梅森，诸如格里高利（James Gregory）、卡塞格林（Laurent Cassegrain）等人都有反射望远镜的设计，但都困在了镜面制作工艺上。直到1668年，牛顿采用了一个折中方案，放弃了抛物面反射镜，而采用简单的球面反射镜，才做出了真正第一台反射式望远镜。

即便如此，牛顿这架反射式望远镜依然无法匹敌当时的折射式望远镜。金属反射镜面的反射率低，镜面精度等问题都大大影响了成像。金属镜面随着温度的变化很大，它的膨胀和收缩要比玻璃大得多，这还不包括氧化带来的烦恼。但牛顿敏锐地指出了一个问题：反射式望远镜是没有色差的，以后必然是反射式望远镜的天下。这正点中了折射式望远镜的死穴。

图片牛顿制作的反射望远镜复原模型。来源 / wiki

节选自《中国国家天文》10月号“天文望远镜的12个历史瞬间”。

作者简介：张超，科普作家协会会员，长期致力于天文科学仪器史料挖掘和整理工作。

文稿编辑：赵宇豪