第一台天文望远镜的发明

以下文章来源于北京天文馆 ，作者寇文

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从肉眼仰望星空到使用天文望远镜，小伙伴们在天象观测中感受到越来越多的乐趣。人类对于宇宙的探索随着望远镜的发明和发展而越来越远、越来越深入。那么望远镜是如何出现的呢？在今天的空中课堂中，北京天文馆首席科普专家寇文老师，将给大家讲解其中的科普知识。

天文学是一个观测的科学，在天文观测过程中，观测工具是十分重要的。其实人的眼睛就是一个最基本的观测工具，一些天文现象用眼睛直接看就可以，比如认识星座、观赏流星雨等，完全可以不用望远镜。但人眼的观测能力毕竟有限，要想看的更清楚或看到的更多，就要借助天文望远镜才能提高观测效果。

▲月球（摄影：北京天文馆 詹想）

比如用肉眼看月亮，只可以看到月相的变化，顶多还能再隐约看出月亮上有明暗不同的区域。而通过天文望远镜，就可以清楚地看到月面上的环形山、月海、山脉、辐射纹等细节。

用肉眼看五大行星，再怎么看也只是一个亮点，通过望远镜可以看到土星的光环、金星的位相、木星条纹和卫星还有火星的极冠。

金牛座的昴星团，俗称七姊妹星团，用肉眼看起来只有6、7颗星，在望远镜中看到星星的数量可以有上百颗。

▲昴星团（图源：每日天文一图 Raul Villaverde Fraile）

肉眼只能看到少数几个亮度较亮的星云、星团、星系，即使在天气极好的时候，它们看起来也只是云雾状的模糊斑点。用望远镜则可以看清它们的轮廓和细节。而大量肉眼完全看不到的深空天体，在望远镜中也露出了真容。

望远镜的出现

望远镜最早出现在什么时候呢？望远镜最早在17世纪初出现在荷兰。关于望远镜的发明过程有多种说法，其中比较流行的一种说法是在眼镜店里出现的。荷兰当时有一个眼镜商，名叫汉斯·利帕希，有一天，他的眼镜店里伙计的孩子们在的柜台上拿着一些眼镜片玩耍，偶然把两个镜片一前一后排成一条线，眼镜靠近透镜看去，惊奇地发现远处教堂的塔尖好像被拉近了、变大了。孩子们在无意间发现了望远镜的秘密。汉斯·利帕希立刻明白这一发现的重要性，为了方便观看，他把两片镜片装在一个筒子的两端，这样第一台望远镜就制成了。它被当作高科技产品献给了当时荷兰的最高执政官。

1609年5月，意大利伟大的科学家伽利略听说这件事后，搞清楚了其中的原理，独立制作出了望远镜。最初制作的望远镜，只能放大3倍，经过不断改进，伽利略最终制作出了一个放大倍数为32倍的望远镜，并把它指向了天空，并且很快就有了一系列重大的发现。在伽利略的望远镜中，月亮成了一张千疮百孔、布满瘢痕的“大麻脸”，他把那些四周高耸突出的圆坑命名为“环形山”，而把平坦的暗黑区域称之为“海”，当时伽利略真的认为月海和地球上的海洋一样充满了水。指向太阳，发现了太阳上的黑子，连续观测还发现太阳也存在自转。金星则像一个弯弯的月牙。木星看起来有一个小小的圆面。周围有四颗小星在围绕它运转，这四颗星就是木星的卫星，后来被人们称为伽利略卫星。茫茫的银河在伽利略的望远镜中看起来是由无数恒星组成。这些发现有力地支持了哥白尼的日心说，动摇了当时占统治地位的地心说。

（图源：Ancientpages.com）

伽利略的工作是开创性的，他是第一个把望远镜指向天空的人，望远镜的出现大大开阔了人类观测太空的视野，开辟了天文学的新时代，打开了近代天文学的大门。当时人们盛行的说法是：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。2009年，为纪念伽利略首次用望远镜进行天文观测400年，联合国将这一年定为国际天文年。

伽利略制作的望远镜是一种折射式望远镜，他是用凸透镜做物镜，用凹透镜做目镜，这种望远镜制作简单，价格低廉，但有很大的局限性，放大倍数不能太大，视场很小。

在伽利略的望远镜出现后不久，德国著名的天文学家开普勒于1611年发明了一种新型的折射式望远镜。物镜也是凸透镜，但是和伽利略式望远镜不同，目镜是凸透镜。这种望远镜成像是上下左右颠倒的，但视场可以设计的较大，倍数也比伽利略式望远镜大很多。总之优点很多，后来的折射式望远镜都是采用的开普勒式的设计。

▲开普勒式折射式望远镜光路图

（图源：http://deepskybackyard.com/）

早期的折射式望远镜有个重大的缺陷，就是会有色差，也就是在望远镜中看到的星星周围会镶着有五颜六色的彩色花边，这并不是星星的真实样子，而是由于望远镜的缺陷造成的，非常影响观测效果。当时人们并不了解造成色差的原因，通过不断实验，发现把望远镜的焦距加长可以有效地减轻色差，于是望远镜的长度不断增长，最长的望远镜达到了惊人的60米，使用起来非常不方便。

那么究竟有没有办法解决色差的问题呢？望远镜究竟还会有怎么的发展呢？我会在以后找机会继续向大家介绍。

（来源：北京天文馆，作者/寇文）

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原标题：《第一台天文望远镜的发明》

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