天文观测指南｜天文望远镜的工作原理以及相关知识【折射式】A篇

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1609 年，意大利物理学家伽利略第一次将望远镜指向夜空，这是人们用望远镜观察宇宙的开端。时至今日，望远镜的口径越来越大，构造越来越复杂。尽管如此，天文望远镜最主要的功能并没有变，那就是：探测暗弱的目标、分辨微小的细节。比如说，望远镜可以让我们看到很多肉眼看不到的暗星，也可以让我们看到木星的卫星、土星的光环等肉眼难以分辨的细节。

天文望远镜一般由物镜和目镜组成。物镜，顾名思义，朝向被观察的物体，而目镜则朝向使用者的眼睛。天体先由物镜成一个倒立的实像，再由目镜充当“放大镜”把这个实像放大。根据光路的不同（主要是物镜的不同），天文望远镜大致可以分为三类：折射式望远镜、反射式望远镜和折反射式望远镜。

图源：baidu

折射式望远镜是最早发明的望远镜，也是最符合大众印象的望远镜。伽利略使用一块凸透镜为物镜，一块凹透镜为目镜，组合成望远镜。这种结构称为伽利略式望远镜。1611 年，开普勒对其进行了改进，使用凸透镜作为目镜，可以获得较大视野和更高倍率。现代折射望远镜几乎都是基于开普勒结构的改进。

一种折射式望远镜图源：baidu

目前市面上廉价天文望远镜通常使用折射式结构。这种望远镜一般是利用两块色差相反的镜片组合（如冕牌玻璃凸透镜和火石玻璃凹透镜组合），仅对红蓝光进行了色差矫正，通常称作消色差物镜。其结构来源于 1733 年的英国律师切斯特·霍尔的设计。虽然以现在的眼光来看，这种望远镜通常色差严重，成像差劲，但依旧比伽利略时代进步太多，足以看到月球的环形山、木星的卫星、土星的光环和金星的相位。

经过 400 多年的发展，折射望远镜已经成为最成熟的结构。光学家对其投入大量精力，随着萤石玻璃、稀土元素玻璃、ED 超低色散玻璃的使用，折射式望远镜成像效果趋于完美。其中，复消色差物镜（apochromatic lens，APO），通过增加镜片数量、采用特殊材料制作镜片，可以对红绿蓝三色色差进行矫正。一台精心设计的折射望远镜成像平坦，边缘锐利，色差矫正完美，效果令人震撼，通常价格也令人震撼。

一种采用复消色差结构的折射式望远镜光学原理。其使用了三片透镜和高级玻璃（首片为低色散玻璃，后两片为火石玻璃）

在观测中，你永远可以相信一台折射式望远镜，不需要关心光轴偏离，不需要担心镀膜变暗，拿起来就能用。

但是，现在的专业天文观测站已经很少使用折射式望远镜了。折射望远镜镜片多、镜片厚度大，大口径的折射望远镜自重太大，往往会因重力而变形，而且难以操作。这么多镜片之间必须精密配合，制造难度随着口径增大也急剧提高。最重要的是，即使使用了复消色差技术，非可见光波段的色差依然无法消除，对于需要进行多波段观测的现代天文学来说，这是不可接受的弊端。