带你了解望远镜的基本原理

望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器,能把远物很小的张角按一定倍率放大,使之在像空间具有较大的张角,使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以,望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。

一个简单的工作望远镜只需要安装在管中的一对透镜。前面的镜头称为 物镜,用于聚焦图像;后面的镜头,称为目镜,放大该图像。虽然它可能看起来像一个粗糙的设备,但一个简单的望远镜很好地说明了更强大的天文仪器的基本工作原理。

望远镜是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。根据望远镜的基本原理一般分为三种。

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1. 折射望远镜

折射望远镜分为两种类型:由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜;由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。折射望远镜是用透镜作物镜将光线汇聚的系统。世界上第一架天文望远镜就是伽利略制造的折射望远镜,它采用凸透镜为物镜。由于玻璃对不同色光的折射率不同,折射望远镜会产生严重的色差,因此,后来的折射望远镜多采用复合透镜作为物镜,即由两块以上的透镜组成,用来消除色差。根据光路的不同,折射望远镜分为伽利略望远镜和开普勒望远镜两种。通常折射望远镜的相对口径较小,即焦距长,底片比例尺大,从而分辨率高,比较适合于做天体测量方面的工作。

由于剩余色差和其他像差的影响,双透镜物镜的相对口径较小,一般为1/15-1/20,很少大于1/7,可用视场也不大。口径小于8厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起,称 双胶合物镜,留有一定间隙未胶合的称 双分离物镜。为了增大相对口径和视场,可采用多透镜物镜组。折射望远镜的成像质量比反射望远镜好,视场大,使用方便,易于维护,中小型天文望远镜及许多专用仪器多采用折射系统,但大型折射望远镜制造起来比反射望远镜困难得多。

2. 反射望远镜

用凹面反射镜作物镜的望远镜。可分为牛顿望远镜、卡塞格林望远镜、格雷果里望远镜、折轴望远镜几种类型。反射望远镜的主要优点是不存在色差,当物镜采用抛物面时,还可消去球差。但为了减小其它像差的影响,可用视场较小。对制造反射镜的材料只要求膨胀系数较小、应力小和便于磨制。磨好的反射镜一般在表面镀一层铝膜,铝膜在2000-9000埃波段范围的反射率都大于80%,因而除光学波段外,反射望远镜还适于对近红外和近紫外波段进行研究。

反射望远镜的相对口径可以做得较大,主焦点式反射望远镜的相对口径约为1/5-1/2.5,甚至更大,而且除牛顿望远镜外,镜筒的长度比系统的焦距要短得多,加上主镜只有一个表面需要加工,这就大大降低了造价和制造的困难,因此目前口径大于1.34米的光学望远镜全部是反射望远镜。一架较大口径的反射望远镜,通过变换不同的副镜,可获得主焦点系统(或牛顿系统)、卡塞格林系统和折轴系统。这样,一架望远镜便可获得几种不同的相对口径和视场。反射望远镜主要用于天体物理方面的工作。

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3. 折反射望远镜

由折射元件和反射元件组合而成的望远镜。包括施密特望远镜和马克苏托夫望远镜及它们的衍生型,如超施密特望远镜,贝克—努恩照相机等。在折反射望远镜中,由反射镜成像,折射镜用于校正像差。它的特点是相对口径很大(甚至可大于1),光力强,视场广阔,像质优良。适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体。小型目视望远镜若采用折反射卡塞格林系统,镜筒可非常短小。

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