科學不無聊：宇宙探索之改變世界的望遠鏡
科學不無聊【宇宙探索專欄】最早的透鏡主要被用於做放大鏡，它們是凸透鏡，即兩面向外突出的透鏡，可以產生近處物體放大的像。但是科學家與天文學家需要有遠處物體放大的像，而望遠鏡則恰好滿足了這一需求。
荷蘭籍德裔眼鏡製造商漢斯.李伯希於1608年製造了首架望遠鏡，之後將這一發明賣給荷蘭政府用于軍事。但是因為他人也宣稱是望遠鏡的發明者，所以荷蘭政府並未授予李伯希望遠鏡發明的專利權。李伯希發明望遠鏡的消息傳到義大利科學家伽利略的耳中，他也立刻自製了一台望遠鏡來觀測星空，並利用它發現了太陽黑子、月球隕石坑、4顆木星的衛星等。
另一位同時代的天文學家——德國人約翰尼斯.開普勒正確解釋了這類望遠鏡的工作原理：物體光線經過凸透鏡後產生放大的虛像，繼而由凹透鏡將其聚焦，從而達到放大遠處物體的效果。同時開普勒建議使用兩個凸透鏡，以獲得更大的放大倍數。1611年德國天文學家克里斯托弗.施內爾採納了開普勒的設計，製造出放大倍率更高的天文望遠鏡。由於兩個凸透鏡的存在，使得該望遠鏡的成像為上下顛倒的，因而在此後幾個世紀里，月球表面圖中的「北極」總是顯示在月球的底部。
當時的望遠鏡透鏡存在諸多缺點，比如「色差」，它使圖像邊緣鑲上了各種色彩，嚴重影響了觀察精度。1655年，荷蘭科學家克里斯蒂安.惠更斯發現經過拋光與打磨等工序後的透鏡能在一定程度上減弱色差。使用此類改進型天文望遠鏡，他首次觀測到了土星環。
直到1758年，英國眼鏡與天文儀器製造商約翰.多朗德發明消色差天文望遠鏡，才最終解決了色差問題。他重新發現了1733年由英國業餘天文愛好者切斯特.霍爾首次使用過的製作消色差透鏡的方法，這種至今仍在使用的方法包括了擁有兩個分離部件結合在一起的一組複合透鏡。複合透鏡的第二個部件由冕玻璃製成，能夠修正由第一個部件（由燧石玻璃製成）引起的色差。其工作原理是這兩類玻璃以不同的方式輕微的彎曲光線。
另一種避免出現色差的方法就是使用微曲率長焦距（從主鏡或物鏡到焦點的長度）透鏡，但使用這一方法製造的望遠鏡很大，常常超過10米。1650年，波蘭業餘天文愛好者約翰納斯.赫維留斯建造了一台長達45米的望遠鏡，又稱高空望遠鏡，這類望遠鏡有一個大型支架系統，在觀測時，則利用滑輪與繩索系統移動鏡筒，觀測目標。
由於平面鏡不會引起色差，因此使用擁有平面鏡而不是透鏡的反射式天文望遠鏡觀測天體能夠獲得更好的成像效果。1663年，蘇格蘭數學家、發明家詹姆斯.格里高利在設計望遠鏡時意識到這一特點，於是他使用一塊小的曲面副鏡將光線反射回去，穿過主鏡中的一個孔進入一塊目鏡。
後來，英國科學家羅伯特.胡克改進了這一設計。而另一些類似的反射式望遠鏡則分別由牛頓於1688年，以及由法國牧師勞倫.卡塞格倫於1672年設計建造。當時的卡塞格倫式反射式望遠鏡設計仍存在缺陷，直到1740年才由蘇格蘭光學儀器製造商詹姆士.肖特最終完善。1875年，法國物理學家里昂.傅科特採用鍍銀玻璃以製造曲面反射鏡，這一設計不但製作工藝簡單，而且如果意外破損，還可再次鍍銀，極大的改進瞭望遠鏡的製造工藝。與製造大型透鏡相比，製造大型反光鏡容易得多，因此，天文望遠鏡也開始變得越來越龐大，同時性能也越來越優良。
當今，世界上最大的折射式天文望遠鏡坐落於美國芝加哥附近的耶基斯天文台，該天文望遠鏡的透鏡直徑達1米，於1897年建造完成。而建於1948年的大型黑爾式反射式望遠鏡則位於美國加利福尼亞州西南部怕羅馬山山頂，該望遠鏡的反射鏡直徑達5米。由於工藝上的原因，更為大型的天文望遠鏡不再採用單一反射鏡的結構，取而代之的是由一系列較小的六邊形鏡片組成蜂窩狀反射鏡結構，同時採用電腦控制，調整該鏡片位置達到最好的反射與聚焦效果。位於美國夏威夷群島的凱克天文台擁有兩台世界上最大的反射式天文望遠鏡。它們各自由36塊直徑10米的六邊形反射鏡組成。
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