望远镜的工作原理

望远镜的工作原理 望远镜 引言 也许您曾注视过夜空中的繁星，寻找美丽的星座；也许您已经学习过有关星座的知识，而现 在希望在的帮助下近距离地观测月球、行星或恒星等天体。 望远镜是用来放大远处物体的设备。望远镜有多种类型以及多种价格可供选择。如何知道哪 一种最适合您呢？如何保证在拿着新望远镜出去观星时不会失望呢？ 在本文中，我们将望远镜的原理，讨论望远镜的各种类型，并且考察望远镜的支架和配 件。 望远镜的工作原理 望远镜是一种神奇的设备，它能够让遥远的物体看起来近得 多！望远镜的形状和尺寸千差万别，从只需2美元就能从玩望远镜术语 具店买到的小塑料望远镜，到重达数吨的哈勃太空望远镜， 应有尽有。业余望远镜介于两者之间，尽管它们的功能不如 哈勃望远镜强大，但也能做一些令人难以置信的事情。例如， 凹镜——能够散射光线利用一架15厘米长的小望远镜，就可以看清55米外的一角的透镜或反射镜。 硬币上的图案！ 凸镜——能够将光线会 聚到焦点的透镜或反射现在，您看到的大多数望远镜都属于以下两种类型之一： 镜。 视场——通过望远镜 （带给定目镜）能够看 折射望远镜，它使用玻璃镜头。 到的天空区域。 反射望远镜，它使用反射镜而不是透镜。 焦距——透镜或反射镜 将光线聚焦所需的距两种类型的望远镜功能完全一样，但实现功能的方式完全不离。 同！ 焦点——来自透镜或反 射镜的光线会聚在一起要理解望远镜的原理，首先要回答下面的问题。为什么人们 的点。 看不清远处的物体？例如，在您用裸眼看55米外的一角硬 放大倍数——望远镜的币时，为什么看不到硬币上的图案？这个问题的很简 焦距除以目镜的焦距。 单：该物体没有在您眼睛的屏幕（）上占据大量空间。 如果要以数码相机术语来考虑这一问题，可以说55米外硬 分辨率——两个物体在币上的图案没有在您的视网膜感受器上覆盖足以使您看清可以分辨为两个不同物图案的像素。 体的前提下能够相互接 近的程度，通常以弧秒如果您拥有“更大的眼睛”，可以从物体收集更多光线并形为度量单位（这对于揭成更明亮的影像，那么您就可以放大影像的一部分，使影像示物体的细节很重要，扩展到视网膜上的更多像素。望远镜中的下面两个部件实现并且与望远镜的光圈有了这一功能： 关）。 （在折射望远镜中）或（反射望远镜）从 遥远的物体收集大量光线，然后将光线或影像投射到一个点，即。 接收来自物镜或主镜焦点处的明亮光线，然后“将其扩散开来”（放大），从 而在视网膜上占据大片区域。这和放大镜（透镜）的原理相同；放大镜获取纸上的 小影像并将其扩散到眼睛的视网膜上，从而使其看起来变大了。 将物镜或主镜与目镜组合在一起，就得到了望远镜。同样，其基本概念是收集大量光线以在 望远镜内形成明亮的影像，然后使用类似于放大镜的部件放大这一明亮影像，使它在您的视 网膜上占据大量空间。 这就是可能实现的最简单的望远镜设计。大透镜收集光线并将其会聚 到焦点，然后由小透镜将影像投射到您的眼睛。 望远镜有两个普遍特性： 收集光线的能力 放大影像的能力 望远镜收集光线的能力与用于收集光线的透镜（或反射镜）的直径————直接相关。通常，光圈越大，望远镜收集并投射到焦点的光线越多，最终影像也就越明亮。 望远镜的即放大影像的能力取决于所使用的透镜组合。目镜执行放大功能。由于几 乎所有望远镜都可以通过使用不同的目镜获得任何放大倍数，因此光圈是比放大倍数更重要 的特性。 为了解望远镜中的具体工作方式，下面让我们来看看折射望远镜（使用透镜的望远镜）是如 何放大远处物体的影像以使其看起来更近的。 制作简单的望远镜 1. 取两个放大镜（如果它们大小不等，则可以实现最佳效果） 和一篇打印好的文章。 2. 将一片放大镜（大的那一片）放在您和纸之间。文章上的 影像看起来会很模糊。 3. 将另一个放大镜放在您的眼睛和第一个放大镜之间。 4. 前后移动第二片玻璃，直到印刷内容看起来非常清晰。您 将注意到文章看起来变大了，并且是倒立的。 折射望远镜 荷兰密得尔堡的因在1608年发明折射望远镜而声名远播，而这件仪器最初用于军事用途。是第一个将它用于天文学的人。利伯希和伽利略的设 计使用的都是凸透镜和凹透镜的组合。大约在1611年，改进了设计，引入两个凸透镜，使影像倒立。开普勒的设计至今仍是折射望远镜的主要设计方式，只是后来对透镜和制 造透镜的玻璃进行了一些改进。 折射望远镜是我们大多数人熟悉的望远镜类型。这类望远镜有以下部件： 一个用金属、塑料或木头制造的长镜筒 位于前端的玻璃组合透镜（物镜） 另一个玻璃组合透镜（目镜） 折射望远镜内部光路图。 透镜位于镜筒内，彼此之间保持适当的距离。镜筒还有助于防止灰尘、湿气和光线进入并干 扰成像。物镜收集光线，然后将其折射至镜筒后部附近的焦点。目镜将影像投射到您的眼睛 上，并放大该影像。目镜的焦距远小于物镜的焦距。 所使用的透镜没有针对（色差指有时出现在通过折射望远镜看到的影 像周围的彩虹光环）进行严格校正。它们通常使用“带涂层”的透镜来解决此问题。 使用多透镜设计或由其他类型的玻璃（例如荧石）制造的透镜来避免色差。复 合消色差折射望远镜的价格要比消色差折射望远镜高出许多。 折射望远镜具有不错的分辨率，足以看清行星和双星上的细节。但是，很难为折射望远镜制 造大的物镜（直径超过10厘米）。如果考虑单位光圈的成本，那么折射望远镜就比较昂贵了。由于光圈受到限制，因此对于观测暗淡的深空天体，比如星系和星云，折射望远镜的用 途不如其他类型的望远镜。 反射望远镜 艾萨克•牛顿在1680年左右发明了反射望远镜，以解决他那个时代的折射望远镜所具有的令 人讨厌的色差（彩虹光环）问题。牛顿没有使用透镜来收集光线，而是使用金属曲面反射镜 （主镜）来收集光线并将其反射到焦点。反射镜不存在透镜所具有的色差问题。牛顿将主镜放在镜筒的后部。 由于反射镜将光线反射回镜筒中，因此他必须在主镜的焦路上使用小平面反射镜（副镜）将 影像沿镜筒反射至目镜；否则，他必须把眼睛放在入射光的光路中进行观测。另外，您可能 认为副镜会阻挡部分影像，但与用于收集大量光线的主镜相比，它非常小，因此这个较小的 副镜不会阻挡影像。 1722年，约翰•哈德利发明了使用抛面镜的设计，并且在制镜工艺方面进行了多项改进。 是一项非常成功的设计，至今仍是最流行的望远镜设计之一。 牛顿式反射望远镜内部光路图。 （或）反射望远镜是一种焦比较短、放大倍数较低的牛顿式反射望远镜。 （又称）是焦距除以光圈所得到的结果值，它与影像的亮度有关。这种望远镜提 供了比焦比更大的望远镜更宽的视场，并且能够提供彗星和深空天体（比如星云、星系和星 团）的明亮的全景影像。 作者的Astroscan 2001大视场 望远镜。 镜筒内部一览——请注意主镜以及副镜反射到主镜上的影像。 是一类具有简单镜筒和经纬仪（参见下文）的牛顿式反射望远镜。因为它们是 由塑料、玻璃纤维或胶合板制成，所以制作或购买成本都不高。多布森望远镜可以具有大光 圈（15至43厘米）。由于它们光圈大，价格低，因此多布森望远镜非常适合观测深空天体。 反射望远镜制作简单，价格低廉。大光圈主镜（超过25厘米）很容易制造，这意味着反射望远镜的单位光圈的成本相对较低。反射望远镜具有较高的光线收集能力，可以形成暗淡的 深空天体的明亮影像，适用于目视观测以及天文摄影。反射望远镜的一个缺点是必须不定期 清洁和调校反射镜。另外，打磨反射镜时出现的微小误差都可使影像失真。下面是一些常见 问题： 从反射镜边缘反射的光线的会聚点与从中心反射的光线的会聚点稍微 偏离。 ——反射镜没有相对于中心对称放置（例如，可能稍微呈蛋形）；星体影像会 聚成十字，而不是会聚成点。 ——视场边缘附近的星体看起来被拉长了，就像彗星一样，而位于中心的星体 是光线锐点。 此外，所有反射望远镜都存在一定程度的光线损失，原因有两个：首先，副镜阻碍部分光线 进入望远镜；其次，反射镜的反射涂层不可能完全反射入射光——最好的涂层也只能反射 90%的入射光。 复合或折反射望远镜 复合或折反射望远镜是在设计中综合了折射望远镜和反射望远镜特点的混合式望远镜。 第一架由德国天文学家伯哈德•施密特（Bernhard Schmidt）于1930年制成。施密特望远镜的后部有一个主镜，望远镜前端有一块用于消除球面像差的玻璃校正板。该望远 镜最初主要用于摄影，因为它没有副镜或物镜——主镜的主焦点处放置的是摄影胶片。目前 最流行的类型是二十世纪六十年代发明的设计；它使用一个副镜将光线通过主镜中的小孔反射到目镜。 复合望远镜内部光路图。 第二种复合望远镜是由俄罗斯天文学家马克苏托夫（D. Maksutov）发明的，不过荷兰天文学家包沃斯（A. Bouwers）早在1941年就先于马克苏托夫提出了类似的设计。马克苏托夫 望远镜与施密特的设计类似，但使用了曲率更大的球面校正透镜。设 计与施密特-卡赛格林设计类似。