坐观星河：天文望远镜发展简史(组图)
2008-6-12 10:32:55   中国国家天文

　　从古代起，人们就知道曲面反光镜也可以聚光。平行光线从一个凹面镜上反射，也会发生会聚。反射镜以完全相同的方式反射所有各种颜色的光，因此不会产生色差。

　　然而，反射望远镜也有问题：光从镜筒的一端进来，投射到反射镜上，又返回到同一端。俯身在那儿察看物像的观测者本身就会挡住光线的入射。

　　为此，牛顿用了两面镜子：主镜是一块球面镜，副镜是一块平面镜。光从一端进入望远镜筒，射到另一端的球面主镜上，经它反射的光在到达焦点之前，又射到小小的平面副镜上。副镜的方向与主镜交成45°角。射到副镜上的会聚光线转过90°反射出来，并进一步会聚而通过目镜，目镜就装在望远镜镜筒边上光线入射处附近。诚然，副镜会挡掉一小部分入射光，但是损失并不大。

　　1668年，26岁的牛顿亲手制成第一架真正投入使用的反射望远镜。它长约15厘米，主镜直径约2.5厘米，看起来像个小玩具。但是，它产生的物像却可以放大40倍。1672年1月11日，他将第二架反射望远镜送达皇家学会，并一直留存至今，其主镜口径为5厘米。

　　反射望远镜面临的困难之一是，不容易获得高反射率的金属反射镜。例如，牛顿本人的镜子只能反射16%的入射光。这就使反射望远镜产生的物像要比同样大小的折射望远镜产生的物像暗淡。其次，金属反射镜会逐渐失去光泽，从而大大削弱反射能力，因此经常需要抛光。折射望远镜则除了偶尔需要清除积尘外，可以一直工作下去。

　　在折射望远镜方面，初期的消色差透镜直径很难指望超过10厘米。反射望远镜却能做得更大，因为铸造大块的金属要比制造大块优质的玻璃更容易。况且，玻璃透镜必须整个都完好无瑕，而金属反射镜只要镜面形状确当并具有足够高的反射率即可。

　　反射望远镜和消色差折射望远镜各有所长，亦各有所短。它们仿佛在展开一场真正的竞赛：双方都在努力克服自身的缺陷，哪一方取得突破性的进展，这一方就会受到更多天文学家的青睐。到了18世纪末叶，竞争的优势渐渐倒向了大型反射望远镜。

　　这时，由于威廉.赫歇尔的工作，望远镜和天文学进入了一个新时代。

　　十八、十九世纪的望远镜

　　赫歇尔兄妹

　　1738年11月15日，威廉?赫歇尔生于德国的汉诺威城。父亲是军乐队的双簧管手，6个孩子中，威廉排行第三。他15岁就在军队中当小提琴手和吹奏双簧管，志向是当一名作曲家。但是，他又将大量业余时间用于研究语言和数学，后来还加上了光学，并产生了用望远镜亲眼观看各种天体的强烈愿望。

　　1756年，七年战争来临了。战争的起因是英国与法国争夺殖民地以及普鲁士与奥地利争夺中欧霸权。结局是普鲁士战胜奥地利，成为欧洲大陆的新兴强国；英国战胜法国，获得法属北美殖民地，并确立了在印度的优势。威廉厌恶战争，遂设法于1757年脱离军队，偷渡到英国，先是在利兹，后来又到了胜地巴斯。音乐天赋帮助威廉?赫歇尔在巴斯站住了脚。到1766年，他已经成为当地著名的风琴手兼音乐教师，每周指导的学生多达35名。

　　当时的英国正处于汉诺威王朝前期。先前，1714年8月，英国斯图亚特王朝的安妮女王驾崩，因无后嗣，而由54岁的乔治一世继位。乔治原是汉诺威选帝侯，他不会讲英语，只好用法语与臣下交谈。1727年，乔治一世回到汉诺威，因中风于6月11日亡故，刚好死在他出生的那间房间里。

　　乔治一世之子继任英王，是为乔治二世，1727年~1760年在位。他热爱军事，是最后一位出现在战场上的英国国王。他还热爱音乐，是德国音乐家亨德尔的赞助人。1760年，乔治二世心脏病发作去世，其孙子继位为乔治三世。后者生于1738年，与威廉?赫歇尔同庚，在位长达60年之久。

　　威廉?赫歇尔的妹妹卡罗琳比他小12岁，1750年3月16日生于汉诺威，排行第五。1772年，威廉回汉诺威呆了一段时间，然后卡罗琳便随他到了巴斯。她天生一付好歌喉，到巴斯后就接受歌唱训练，每天至少上课两次，同时向威廉学习英语和数学。她不仅悉心料理家务，而且用极详细的日记，留下了威廉整整50年的工作史。当威廉整天不停地磨镜，因而无暇腾出手来吃饭时，卡罗琳就亲自一点一点地喂他吃东西。