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深入探索望远镜的起源与发明

导读: 望远镜是用以观测遥远物体,收集发射/反射电磁辐射的科学器材。其起源与发明人说法纷纭,较广为接受的说法追溯到1608年低地荷兰镜片制造商汉斯-利伯希(HansLippershey)。

  望远镜是用以观测遥远物体,收集发射/反射电磁辐射的科学器材。其起源与发明人说法纷纭,较广为接受的说法追溯到1608年低地荷兰镜片制造商汉斯-利伯希(HansLippershey)。

  望远镜的名称Telescope由希腊文字根tele-(远距)及skopein(观看)结合而成。

  望远镜的初生

  17世纪初的一天,荷兰小镇的一家眼镜店的主人利伯希(HansLippershey),为检查磨制出来的透镜质量,把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线,通过透镜看过去,发现远处的教堂塔尖好像变大拉近了,于是在无意中发现了望远镜的秘密。1608年他为自己制作的望远镜申请专利,并遵从当局的要求,造了一个双筒望远镜。据说小镇好几十个眼镜匠都声称发明了望远镜,不过一般都认为利伯希是望远镜的发明者。

  伽利略式望远镜的发明

  望远镜发明的消息很快在欧洲各国流传开了,意大利科学家伽利略得知这个消息之后,就自制了一个。第一架望远镜只能把物体放大3倍。一个月之后,他制作的第二架望远镜可以放大8倍,第三架望远镜可以放大到20倍。1609年10月他作出了能放大30倍的望远镜。伽里略用自制的望远镜观察夜空,第一次发现了月球表面高低不平,覆盖着山脉并有火山口的裂痕。此后又发现了木星的4个卫星、太阳的黑子运动,并作出了太阳在转动的结论。

  伽利略(GalileoGalilei)使用自制望远镜,观查到的天文现象,对科学史有很大影响。例如月球崎岖表面(当时的仍普遍认定月球轨道内外天体由不同物质组成,推想天体表面平坦无瑕。);银河非为单一天体且由无数星体组成;以及木星拥有四颗卫星(迦利略卫星Galileanmoons:埃欧Io、欧罗巴Europa、干尼米德Ganymede、卡利斯多Callisto,分别为木卫一至木卫四)最后更得到哥白尼于半世纪前所主张,日心说(heliocentric)较地心说(geocentric)正确的结论。

  虽然伽利略将他的观测结果写成24页的《星际信使》(SidereusNuncius),但他提出的观念并未迅速被接受。这可归因于望远镜之原理尚未明确,学者、教会坚持长久以来的信条,驳斥迦利略所见到的纯粹是光影上的幻觉。

  迦利略的望远镜由凸透物镜和凹透目镜组成,这种望远镜称为伽利略式望远镜。

  开普勒式望远镜的发明

  几乎同时,德国的天文学家开普勒也开始研究望远镜,1611年开普勒出版了《天文光学》,阐述了望远镜原理,他还把伽里略望远镜的凹透目镜改成凸透目镜,并为后来的天文学家所广泛采用。这种望远镜被称为开普勒式望远镜。这种望远镜由两个凸透镜组成,与伽利略的望远镜不同,比伽利略望远镜视野宽阔。但开普勒没有制造他所介绍的望远镜。

  沙伊纳于1613年─1617年间首次制作出了这种望远镜,他还遵照开普勒的建议制造了有第三个凸透镜的望远镜,把二个凸透镜做的望远镜的倒像变成了正像。沙伊纳做了8台望远镜,一台一台地观察太阳,无论哪一台都能看到相同形状的太阳黑子。因此,他打消了不少人认为黑子可能是透镜上的尘埃引起的错觉,证明了黑子确实是观察到的真实存在。在观察太阳时沙伊纳装上特殊遮光玻璃,伽利略则没有加此保护装置,结果伤了眼睛,最后几乎失明。荷兰的惠更斯为了减少折射望远镜的色差在1665年做了一台筒长近6米的望远镜,来探查土星的光环,后来又做了一台将近41米长的望远镜。

  近代望远镜性能的提高

  使用透镜作物镜的望远镜称为折射望远镜,即使加长镜筒,精密加工透镜,也不能消除色象差,牛顿曾认为折射望远镜的色差是不可救药的,后来证明是过分悲观的。

  1668年他发明了反射式望远镜,斛决了色差的问题。第一台反望远镜非常小,望远镜内的反射镜口径只有2.5厘米,但是已经能清楚地看到木星的卫星、金星的盈亏等。1672年牛顿做了一台更大的反射望远镜,送给了英国皇家学会,至今还保存在皇家学会的图书馆里。

  1733年英国人哈尔制成第一台消色差折射望远镜。1758年伦敦的宝兰德也制成同样的望远镜,他采用了折射率不同的玻璃分别制造凸透镜和凹透镜,把各自形成的有色边缘相互抵消。但是要制造很大透镜不容易,目前世界上最大的一台折射式望远镜直径为102厘米,安装在雅弟斯天文台。

  1793年英国赫瑟尔(WilliamHerschel),制做了反射式望远镜,反射镜直径为130厘米,用铜锡合金制成,重达1吨。1845年英国的帕森(WilliamParsons)制造的反射望远镜,反射镜直径为1.82米。

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