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什么是折射望遠鏡
導(dǎo)語：所謂折射望遠鏡，是以會聚遠方物體的光而現(xiàn)出實象的透鏡為物鏡的望遠鏡。它會使從遠方來的光折射集中在焦點，折射望遠鏡的好處就是使用方便，稍微忽略了保養(yǎng)也不會看不清楚，因為鏡筒內(nèi)部由物鏡和目鏡封著，空氣不會流動，所以比較安定，此外，由于光軸的錯開所引起的像惡化的情形也比反射望遠鏡好，而口徑不大透鏡皆為球面，所以可以機械研磨大量生產(chǎn)，故價格較便宜。
什么是折射望遠鏡
概述
折射望遠鏡采用透鏡作為主鏡，光線通過鏡頭和鏡筒折射匯聚于一點，稱為”焦平面”。長期以來，折射望遠鏡的薄壁長管結(jié)構(gòu)外觀，和百年前伽利略時代無太大區(qū)別，但現(xiàn)代的優(yōu)質(zhì)光學(xué)玻璃、多層鍍膜技術(shù)使您可以體會伽利略從未夢想過的精彩天空。對于希望簡便的機械設(shè)計、高可靠性、方便使用的人來說，折射式望遠鏡是很受歡迎的設(shè)計。因為焦距由鏡管的長度決定，通常超過4英寸口徑的折射望遠鏡將變的非常笨重和昂貴，這在一定程度上限制了折射望遠鏡的經(jīng)濟口徑，但對于更喜歡操作的易用性和通用性的初學(xué)者，折射望遠鏡仍然是是一個很好的選擇。因為具有寬廣的視野，高對比度和良好的清晰度，折射望遠鏡同時也是受歡迎的熱門選擇。
發(fā)展歷史
折射鏡是光學(xué)望遠鏡最早的形式，第一架實用的折射望遠鏡大約在1608年出現(xiàn)在荷蘭，由三個不同的人，密德堡的眼鏡制造者漢斯·李普希和楊森、阿克馬的雅各·梅提斯，各自獨立發(fā)明的。伽利略在1609年5月左右在威尼斯偶然聽說了這個發(fā)明，就依據(jù)自己對折射作用的理解，改進并做出了自己的望遠鏡。然后伽利略將他的發(fā)明細節(jié)公諸于世，并且在全體的議會中將儀器向當(dāng)時的威尼斯大公多納托展示。伽利略也許聲稱獨立地發(fā)明了折射望遠鏡，而沒有聽到別人也做了相同的儀器。
但這種望遠鏡成的是正像，出射光瞳在目鏡與物鏡之間，視場較小，且不便安置瞄準(zhǔn)叉絲，因而在天文上用得不多。 以后開普勒提出用凸透鏡作目鏡的望遠鏡稱為開普勒望遠鏡。由于開普勒望遠鏡中出射光瞳在目鏡外面，能獲得較大的視場，此外有可安置瞄準(zhǔn)叉絲，像的正倒對天文觀測并無影響，因此，從十七世紀(jì)中葉起，天文學(xué)家普遍采用開普勒望遠鏡。
不幸的是，折射望遠鏡設(shè)計方面的其他缺陷成為其致命傷。為了縮短透鏡的焦距，人們不得不增大鏡片的厚度，但這時就發(fā)現(xiàn)了色散與相差兩個問題。
要保證遠處的物體在望遠鏡中形成有清晰的圖像，關(guān)鍵是物鏡一定要把從該物體上任何一點來的光集中到一個焦點上來。如果這一點辦不到，不同處來的光將略微分散到不同的焦點上去，那么，此物體看起來就會很模糊�？墒牵瑔纹哥R不管是用什么玻璃制造的，都是不能把所有的光集中于同一焦點的。大家都知道，平常的光，不論是從太陽或是從星上來的，都是無數(shù)不同的顏色光波的混合，每種光波的波長不同，而不同波長的光波通過一個單片透鏡時，會被聚集到略微不同的焦點上去。三百年前的天文學(xué)家都以為絕無辦法避免透鏡的色散作用，只有通過加長望遠鏡的長度，來減小色散作用的影響。
早期折射望遠鏡的另一個問題是相差。與現(xiàn)代技術(shù)相比，當(dāng)時磨制透鏡的技術(shù)還很粗糙。只要在磨制的時候稍有偏差，光線透過透鏡時，就不會正確的匯集于一點;同時，由于透鏡的自身重量，當(dāng)它安裝到鏡筒上之后，也會產(chǎn)生變形，更別提磨制透鏡所需的純凈玻璃也很難制造了。
直到大約1750年，倫敦的多龍德發(fā)明了一個方法避免色散作用，那就是利用兩種不同的玻璃，一種是冕牌玻璃，一種是火石玻璃。這種方法的原理很簡單的。冕牌玻璃的折光能力差不多跟火石玻璃一樣，可是色散能力卻差不多加大了一倍。于是多龍德用兩塊透鏡做成了一副物鏡，前面一部分是一片冕牌玻璃的凸鏡，與它連在一起的是一片火石玻璃的凹鏡。既然這兩透鏡的曲度相反，便會使光向不同的方向射去。冕牌玻璃要把光集中于一點，火石玻璃的凹鏡卻要把光線分散。如果單用火石玻璃，我們便會看到光線通過它，不但不向一點集中，反要從一點向各方向漸漸散開。這片火石玻璃的聚焦能力制作得恰好比冕牌玻璃的聚焦能力的一半大一點。這一巧妙的設(shè)計已足可消去冕牌玻璃的色散了;卻還不能消去它的折光能力的一半以上。聯(lián)合的結(jié)果便是所有的光線通過，其中都差不多集中于一個焦點，但這焦點卻要比單用冕牌玻璃時遠了約一倍。
我們說的“差不多集中于一個焦點”，是因為這兩層玻璃組合起來還不能把所有顏色的光線絕對集中于同一焦點上。望遠鏡口徑愈大，這種弊病愈嚴(yán)重。如果你從一架大折射望遠鏡中去看月亮或一顆亮星，一定會看到它們周圍有一圈藍色或紫色的暈痕。這兩重透鏡不能把藍色或紫色光線也集中到和其他顏色相同的焦點去，由此而產(chǎn)生了稱為“二級光譜”的像差。這是由一般光學(xué)玻璃的性質(zhì)決定的，科學(xué)家們也沒辦法。
從那時起，直到今天，折射望遠鏡的基本設(shè)計幾乎沒有什么改變了，只是制造透鏡的玻璃質(zhì)量改進了很多，已經(jīng)可以很好的糾正色散與相差等問題。唯一無法克服的是在重力作用下，透鏡自身產(chǎn)生的變形，因為這個原因，我們還無法制造巨大的折射望遠鏡。
優(yōu)點和缺點
優(yōu)點：
使用方便、制造簡單。適合觀測月亮、行星、雙星，特別是對于大孔徑的望遠鏡。結(jié)構(gòu)小巧、不需要額外的維護費用。封閉的鏡筒減弱了空氣流動對成像質(zhì)量的破壞，同時保護了光學(xué)鏡頭。易于搬運，適合遠距離的室外觀測。可以避免二次成像，形成高反差的像質(zhì)。通過消色差設(shè)計，可以很好的避免色差的出現(xiàn)。
缺點：
價格較牛頓式或卡賽格林式昂貴。同樣口徑下，折射式望遠鏡較牛頓式或卡賽格林式更重、更長、體積更大。由于口徑的限制，不適合于觀測深空天體比如河外星系、星云等等。焦比較小的缺點造成利用折射望遠鏡來拍攝深空天體顯得比較困難。在消色差設(shè)計中，所得影像的色彩或多或少也會有一點的畸變。
折射望遠鏡的設(shè)計
折射望遠鏡一架折射望遠鏡有兩個基本的元件，做為物鏡的凸透鏡和目鏡，折射望遠鏡中的物鏡，將光線折射或偏折到鏡子的后端。折射可以將平行的光線匯聚在焦點上，不是平行的光線則匯聚到焦平面上。這樣可以使遠方的物體看得更亮、更清晰和更大。折射望遠鏡有許多不同的像差和變形需要進行不同類型的修正。
伽利略式望遠鏡
與伽利略設(shè)計出來的原始形式相同的望遠鏡都稱為伽利略望遠鏡。他使用凸透鏡做物鏡，和使用凹透鏡的目鏡。伽利略望遠鏡的影像是正立的，但視野受到限制，有球面像差和色差，適眼距(eye relief)也不佳。
開普勒式望遠鏡
開普勒式望遠鏡是開普勒改善了伽利略的設(shè)計，在1611年發(fā)明的。他改使用一個凸透鏡作為目鏡而不是伽利略原來用的一個凹透鏡。這樣安排的好處是從目鏡射出的光線是匯聚的，可以有較大的視野和更大的適眼距，但是看見的影像是倒轉(zhuǎn)的。這種設(shè)計可以達到更高的倍率，但需要很高的焦比才能克服單純由物鏡造成的畸變。(約翰·赫維留建造焦長45米的折射鏡。)這種設(shè)計也使用在顯微鏡在焦平面上(用于測量被觀測的兩個物體之間角距離的大小)。
消色差折射鏡
消色差的折射鏡是在1733年由一位英國律師切斯特·穆爾·霍爾發(fā)明的，雖然專利權(quán)給了另一位獨立發(fā)明的約翰Dollond。這項設(shè)計使用兩片玻璃(有不同色散度的"冕牌玻璃"和"火石玻璃")做物鏡，降低了色差和球面像差。兩兩片玻璃的每一個面都要拋光，然后組合在一起。消色差透鏡可以讓兩種不同波長(通常是紅色和藍色)的光，都能聚焦在相同的焦平面上。
高度消色差折射鏡
高度消色差折射鏡使用特別的材料，特別低色散度的材料，來制造物鏡。他的設(shè)計能讓三種不同的顏色(通常是紅色、綠色和藍色)匯聚在相同的焦平面上，顏色的殘差錯誤(二級光譜)比消色差透鏡少了一個數(shù)量級。這種望遠鏡的主鏡是螢石或超低色散(ED)玻璃的透鏡，產(chǎn)生非常清晰沒有色差的'影像。這種望遠鏡在業(yè)余天文望遠鏡的市場中是非常高價值的產(chǎn)品。高度消色差折光鏡的口徑已經(jīng)可以做到553毫米的直徑，但多數(shù)仍在80～152毫米之間。
折射望遠鏡的設(shè)計缺陷
折射望遠鏡曾經(jīng)因為高度殘余的色差和球面像差而飽受責(zé)難，短焦的情況比長焦的更為嚴(yán)重。一架4英吋F/6的消色差折光鏡，仍可能出現(xiàn)不能忽視的彩色的散述現(xiàn)象(通常會有紫色的光暈在明亮的天體附近)，而4英吋F/16的就只會有少許的色散。
在非常大口徑的折光鏡，還有鏡片沉陷的問題，這是重力使玻璃變形的結(jié)果。玻璃的瑕疵是更進一步的問題，被困在玻璃內(nèi)的空氣氣泡或條紋。另外，玻璃對某些波長是不透明的，即使是可見光也會在進出接口與穿透時因吸收和折射而黯淡。這些問題大多數(shù)都可以因為改用反射鏡而消除或降低，而且還可以制造更大的口徑。[6]
適用領(lǐng)域
與其他望遠鏡一樣，用于收集光線的物鏡的尺寸是折射望遠鏡的關(guān)鍵。物鏡越大，看遠處的物體越清晰。然而，由于技術(shù)問題，折射望遠鏡的物鏡不可能做的非常大。
由于折射望遠鏡的鏡筒是密封的，減小了空氣對流等環(huán)境因素的影響，我們可以看到清晰穩(wěn)定的圖像，使得折射望遠鏡很適合觀測行星與較近的雙星。此外，我們也很少需要去調(diào)整折射望遠鏡的光學(xué)組件，使用起來比較方便。
折射望遠鏡的另一個優(yōu)勢是它同時適合進行天文觀測與地面觀測。在折射望遠鏡的目鏡端加裝一組矯正透鏡之后，觀測地面物體時，我們可以看到正常的圖像。
體積小巧的折射望遠鏡非常適合游人隨身攜帶，例如人們普遍使用的雙筒望遠鏡就是兩個折射望遠鏡組合在一起罷了。
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