望远镜基础知识

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一、折射望远镜
折射望远镜的物镜是玻璃透镜。由天体来的平行光经透镜折射后在焦平面上聚焦成像。早期的折射望远镜物镜为单块透镜，由于玻璃对不同颜色的光的折射率不同，会产生五颜六色的像差，这种像差称为色差。为了克服色差所引起的成像模糊，人们用两块不同材质的玻璃组和成一凸一凹的复合透镜，从而有效的消除了色差。但这样一来，原来的玻璃面由两面增加到了四面或是更多，而光线要从镜面进入再由玻璃内部折射出来，从而大大的加强了对镜面精度的要求和玻璃内部气泡、杂质等缺陷的限制。因此折射镜虽然有成像尖锐、便于维护和找星的特点，但因其口径越大加工难度也就越大，从而使折射望远镜的口径无法做的太大。世界上最大的折射望远镜口径为1.02米，是小克拉克于1897年完成的，现座落于美国叶凯天文台。
常见的折射望远镜物镜有：
1.双胶合物镜
这是一种常用的消色差望远物镜，用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成，当合理选配时可同时校正球差，色差及正弦差。但由于热胶合会产生玻璃变形而影响精度，一般口径不宜超过80mm。双胶合物镜不能校正二级光谱，其值与焦距成正比，是个定值。只有用特种火石玻璃做负透镜时，二级光谱可减少三分之一（例如ED镜头）。如果莹石玻璃作正透镜，二级光谱可以再降低六分之一。
2.双分离物镜
用于口径较大的望远镜物镜。由于可以利用正负透镜之间的间隙设计，使带球差有所降低，但色球差依然不能校正，二级光谱反而有所增大，其他像差校正与双胶合透镜雷同。但装备稍困难一些，对物镜框的要求高一些。
3.三分离物镜
由于可以任意选择镜面的曲率半径、透镜材料、透镜厚度及相互间隙，可以有利地校正色球差。在相对孔径很小时，如果玻璃选择合适，是可以消除二级光谱的，我们将此类物镜称之为复消色差物镜。三合透镜也可设计成天体照相物镜。
二、反射望远镜
反射望远镜的物镜是一块表面镀了金属反光膜的反射镜。这种反射镜最早是用金属制造，后来才改用玻璃。这种望远镜的光学系统因光线不需透过材料本身，而是将光线反射回去，不会出现折射望远镜中的色差，所以对玻璃材料的性能没有很高的光学要求。但轴外光线像差较大，造成视场中央部分成像清楚，周围成像模糊，因而视场受到了限制。再加上需经常重新镀反射面和组装、校正各部件，因此反射望远镜在维护上比较困难。
反射望远镜因光路不同又分为多种形式，常用的有牛顿式、卡塞格林式、格里高利式等等。下面分别介绍常用的三种形式：
1.牛顿式反射望远镜
这种望远镜由两块反射镜组成。一块是较大口径的凹面反射镜（主镜），一块是较小的平面镜（副镜）。光线只是在物镜片的表面上反射，并不需要穿过透镜，所以不用采用光学玻璃。最大优点是没有色差且价格便宜。最大缺点维护比较困难。
2.卡塞格林式反射望远镜
这种望远镜是由两块反射镜组成的一种反射镜。通常在主镜中央开孔，成像于主镜后面。有时也在主镜前。加上一个与光光轴成45度角的斜平面镜，使象成在侧面，这种卡塞格林望远镜双称为耐司姆斯望远镜。优点：焦距长而镜筒短，在天体摄影时由于焦距长照片的比例尺度较大，所以星象清晰。望远镜相对口径小，因而彗差较小，适合用于测量微小的角距离。
3.格里高利式反射望远镜
与卡塞格林式反射望远镜相似，一般主镜制成抛物面，副镜则制成椭球面。只是镜筒要比卡塞格林式的镜筒要长一些。
三、折反射望远镜
折反射望远镜的改正透镜的表面不是圆锥曲面，而是旋转四次曲面，加工难度很大，同时也存在大尺寸透镜材料的限制，所以口径不能太大。现在应用最广泛的有施密特望远镜与马克苏托夫望远镜两类。
1.施密特望远镜
这种望远镜的主镜是一个凹球面反射镜，另一块是接近平行平板的非球面薄透镜。又称改正透镜。透镜的一面为平面，对向光线，另一面磨成奇特的形状，使中心区与边缘区的曲率不同，安放时放在主镜的曲率中心处。利用改正镜与球面反射镜巧妙的配合，可以消除主镜造成的球差，同时也较好地消除轴外象差。
优点：光能损失少，改正透镜比折射望远镜薄，制做材料容易解决。口径可以做得较大。
缺点：改正镜的非球面形状加工困难。
2.马克苏托夫和马克苏托夫-卡塞格林望远镜
这种望远镜的主镜是一个凹球面反射镜，副镜是一个特殊的月牙状透镜，又称弯月形改正透镜。改正透镜是天面的，它的两个表面的曲率半径相差不大，但有相当大的曲率和厚度。适当选择透镜两面的曲率半径和厚度，可以使弯月镜产生足以补偿凹球面镜的球差，同时又满足消色差的目的。在整个系统中适当调节弯月透镜与球面镜之间的距离，就能够对彗差进行校正。
现在一般用马克苏托夫-卡塞格林望远镜其优点是：系统中的所有表面是球面的，容易制造。在同样的口径和焦距情况下，镜筒较短。缺点是：和相同的旋密特望远镜相比视场略小。弯月形透镜的厚度较大，一般为口径的1/10，对光学玻璃要求较高。