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12. 折射望遠鏡
中世紀時的英國， 有一位著名的科學家， 他的名字叫羅傑・培根。這個培根與後來的弗・培根不是一個人， 後者的名言是“知識就是力量”。
培根與他的老師一起研究透鏡係統。他們不知道光通過透鏡的變化， 但是用( 凸) 透鏡放大物體是透鏡的一個重要用途。培根建議用透鏡來增強視力。他死後不久， 意大利威尼斯人製造出了眼鏡。後來， 荷蘭人的眼鏡業很發達。
單個雙凸透鏡可放大物體， 那麽把兩個透鏡組合起來會怎麽樣， 是不是能將物體放得更大？ 對於使用者來說， 當然放得更大是更好的。
最初， 兩位英國科學家研究了透鏡組合問題， 以圖增加放大的效果， 但未成功。
荷蘭眼鏡商漢斯・裏帕席偶然獲得了成功。據說， 裏帕席的一個徒弟擺弄透鏡。當他把兩個透鏡一遠一近地放在眼前時， 遠處的風標變得又大又近了。當裏帕斯回來時， 徒弟很激動地告訴裏帕席這個新發現。當然， 裏帕席對這個“擺弄的結果”的重要意義十分清楚。
讓一個人總是固定地握住兩個鏡片是不可能的。裏帕席找來了一根金屬管， 把透鏡安置在適當的位置上， 這就成了一個“窺器”( 裏帕席是這樣稱呼的) 。後來人們為它起了許多名字， 如“視管”、“視鏡”、“透視鏡”等。1612 年， 意大利的一名數學家建議用“望遠鏡”這個名稱。
裏帕席把他的發明獻給了荷蘭政府， 以支持荷蘭人反抗西班牙的獨立戰爭。荷蘭與西班牙之戰的主戰場在海上， 望遠鏡使荷蘭海軍早在敵艦看到荷蘭人之前就發現了敵艦， 這為荷軍贏得了時間， 荷蘭人掌握主動。
裏帕席為此獲得政府的獎勵， 同時， 政府要求他研製雙筒望遠鏡。政府還力圖保秘密， 但望遠鏡構造如此簡單， 仿造它並不難。1608 年， 法國國王亨利四世也獲得了望遠鏡，但他隻用於娛樂。
1609 年， 意大利科學家伽利略訪問威尼斯， 他聽說荷蘭人的新發明， 回到帕多瓦後， 伽利略隻用了一天就製造了一架望遠鏡。
伽利略的望遠鏡是一塊平凸透鏡( 物鏡) 和一塊平凹透鏡( 目鏡) 組合而成。望遠鏡直徑為4. 2 厘米， 放大倍數為3 倍。
新望遠鏡有什麽用處呢？ 伽利略首先想到的是用於軍事。他把望遠鏡帶到威尼斯， 長官們拿著望遠鏡輪流試看。
效果不錯， 伽利略因此加了一倍薪俸。
回到帕多瓦， 伽利略又製造出放大倍數為33 倍的望遠鏡。這一回， 他留作自用。伽利略把望遠鏡指向天空， 這使他看到了許多新景象， 使人類對宇宙的認識發生了很大的變化， 最終確立了哥白尼的日心說。
聽到伽利略的新發現， 伽利略的好友開普勒也從朋友那裏得到一架望遠鏡。然而， 開普勒並不急於成為一個觀測者， 而是想從理論上對它研究一番。
開普勒最先認識到凸透鏡對光線的匯聚特點， 同時他還發現了“像差”和“球差”。他從他的光學原理出發， 研究了“伽利略望遠鏡”的透鏡係統， 並解釋它是怎樣放大物像的。開普勒也設計出新的望遠鏡， 他把目鏡改成了凸透鏡，這種望遠鏡稱做“開普勒望遠鏡”。這種望遠鏡的實用價值更大， 特別是提高放大倍率時或製作天文望遠鏡都采用開普勒望遠鏡。
伽利略望遠鏡形成的是正立像， 開普勒望遠鏡形成的是倒立像。如果讓後者也成正立像， 就要加一組附加透鏡。1645 年， 波希米亞的天文學家謝爾勒提出了這樣的設想。天文望遠鏡通常不加它們， 因為天體的正像和倒像區別不大， 加上附件還會使圖像變模糊。
17 世紀30 年代開始， 開普勒望遠鏡被普遍使用。伽利略望遠鏡完成了它的“革命”作用後便“退役”了。
考慮到要盡量減小“像差”， 望遠鏡透鏡表麵的彎曲程度要很小， 困此焦距就很大。望遠鏡的鏡身就很長了。如果說伽利略望遠鏡隻有1. 4 米長， 幾十年後， 波蘭天文學家赫韋呂斯的望遠鏡就長至3. 6 米( 放大50 倍) 。
荷蘭科學家惠更斯兄弟也研究透鏡成像質量的改進問題， 他們發現， 透鏡表麵彎曲程度要盡量小。為了觀測土星， 惠更斯不斷改進望遠鏡， 他製造了一架長37 米的望遠鏡。功夫不負有心人， 1659 年， 惠更斯首先看清楚了土星的光環。
惠更斯的成就激勵了赫韋呂斯， 1673 年， 他造出了一架長46 米的望遠鏡。如此重的金屬筒身， 操作很難。1722 年， 英國天文學家布拉德雷使用的望遠鏡長達65 米。一位法國天文學家甚至夢想製造更長的望遠鏡， 筒長竟達305 米， 借此來觀測月球的動物。
折射望遠鏡太笨重了， 然而， 它還有一個致命的弱點是不能消除色差。牛頓甚至斷言， 色差是不能消除的， 因此， 他轉而研製反射望遠鏡了。
牛頓放棄了消色差問題的研究， 由於他的聲望， 許多人也放棄了此項研究。然而， 畢竟有人不死心。英國律師霍爾注意到一個事實： 人的眼睛中的透鏡( 晶狀體) 是無色差的。
當時， 英國的玻璃製造業很發達。玻璃分火石玻璃和冕牌玻璃， 火石玻璃較為耐用， 且透明度高， 冕牌玻璃是窗戶上用的普通玻璃。霍爾發現， 火石玻璃色散較大， 冕牌玻璃色散較小。他用火石玻璃做凹透鏡， 冕牌玻璃做凸透鏡， 而凹透鏡的色散大， 凸透鏡的色散小。如果設計得使這兩塊透鏡組合起來， 可使光匯聚到焦點， 而顏色不會分散開。這樣的透鏡組合就叫做“消色差透鏡”。
像反射望遠鏡一樣， 消色差望遠鏡並不需要很長的筒身， 它幾乎同反射望遠鏡一樣長。霍爾的發現很重要， 他想保密。1733 年，他將冕牌玻璃的凸透鏡和火石玻璃的凹透鏡分別交給兩個廠家， 但是兩個廠家都沒有時間磨製。巧得很， 兩家把訂單轉給了同一個人――巴斯。
巴斯發現， 這是一個人的兩張訂單， 並發現兩塊透鏡可以組成一個雙凸透鏡。他明白這是一個消色差透鏡。借助雙凸透鏡， 霍爾製造了一架直徑6. 5 厘米、長50 厘米的望遠鏡。
有一位名叫多洛德的光學儀器製造商從巴斯那裏聽到消色差透鏡的消息。起初， 他堅信牛頓的斷言， 認為消色差是不可能的。經仔細研究， 他建立了消色差透鏡的理論， 並於1757 年用冕牌玻璃和火石玻璃製造了一個消色差透鏡。
從這裏可以看出， 霍爾最早發現了消色差透鏡， 但從理論上進行論證的功勞卻是多洛德作出的。多洛德取得了消色差透鏡的專利權。
消色差望遠鏡的出現， 使長鏡身的望遠鏡不見了。在今天， 研究天體發光時， 天文學家通常是用折射望遠鏡， 而不用反射望遠鏡。
19 世紀中葉， 美國畫家克拉克迷戀於光學透鏡的磨製，並且達到了很高的水平。1862 年， 他為密西西比大學的折射望遠鏡磨出兩塊直徑47 厘米的鏡片。測試這架望遠鏡時，克拉克的兒子發現了天狼星的暗伴星。為此克拉克獲得了法國科學院的獎章。
1874 年， 美國金融家裏克捐助70 萬美元用於專門建造一架最大最好的折射望遠鏡。1888 年， 克拉克父子把它建在美國加利福尼亞州的漢密爾頓山上。遺憾的是， 老克拉克已先於幾個月前去世了。
裏克望遠鏡建成後， 南加利福尼亞大學決定要建一架直徑為1 米的折射望遠鏡。由於錢不夠， 克拉克的工作半途而廢了。不過， 一位年輕的天文學家海耳向金融家葉凱士籌劃了34. 9 萬美元。1897 年5 月21 日望遠鏡啟用， 三周後(6月9 日) 小克拉克去世了。
克拉克父子去世後， 大型折射望遠鏡的建造也劃了句號。安裝在葉凱士天文台和裏克天文台的折射望遠鏡仍是世界第一和第二。這是為什麽呢？
到現在為止， 大型折射望遠鏡用的完美無缺的大塊玻璃很難找到。另外， 透鏡越大就越重。由於支承它隻能在邊緣上， 中央部分會發生凹陷， 整個透鏡也會變形。幸好直徑為1 米的透鏡還未能使中部凹陷而喪光失明銳的中點， 再大一些就不行了。克拉克卻很樂觀， 在建設1 米望遠鏡時， 他就計劃建造1. 5 米望遠鏡。隨著他的去世， 別人也許也沒有他那樣的嫻熟技巧和耐心， 再也沒有提出更宏大的計劃了。
培根與他的老師一起研究透鏡係統。他們不知道光通過透鏡的變化， 但是用( 凸) 透鏡放大物體是透鏡的一個重要用途。培根建議用透鏡來增強視力。他死後不久， 意大利威尼斯人製造出了眼鏡。後來， 荷蘭人的眼鏡業很發達。
單個雙凸透鏡可放大物體， 那麽把兩個透鏡組合起來會怎麽樣， 是不是能將物體放得更大？ 對於使用者來說， 當然放得更大是更好的。
最初， 兩位英國科學家研究了透鏡組合問題， 以圖增加放大的效果， 但未成功。
荷蘭眼鏡商漢斯・裏帕席偶然獲得了成功。據說， 裏帕席的一個徒弟擺弄透鏡。當他把兩個透鏡一遠一近地放在眼前時， 遠處的風標變得又大又近了。當裏帕斯回來時， 徒弟很激動地告訴裏帕席這個新發現。當然， 裏帕席對這個“擺弄的結果”的重要意義十分清楚。
讓一個人總是固定地握住兩個鏡片是不可能的。裏帕席找來了一根金屬管， 把透鏡安置在適當的位置上， 這就成了一個“窺器”( 裏帕席是這樣稱呼的) 。後來人們為它起了許多名字， 如“視管”、“視鏡”、“透視鏡”等。1612 年， 意大利的一名數學家建議用“望遠鏡”這個名稱。
裏帕席把他的發明獻給了荷蘭政府， 以支持荷蘭人反抗西班牙的獨立戰爭。荷蘭與西班牙之戰的主戰場在海上， 望遠鏡使荷蘭海軍早在敵艦看到荷蘭人之前就發現了敵艦， 這為荷軍贏得了時間， 荷蘭人掌握主動。
裏帕席為此獲得政府的獎勵， 同時， 政府要求他研製雙筒望遠鏡。政府還力圖保秘密， 但望遠鏡構造如此簡單， 仿造它並不難。1608 年， 法國國王亨利四世也獲得了望遠鏡，但他隻用於娛樂。
1609 年， 意大利科學家伽利略訪問威尼斯， 他聽說荷蘭人的新發明， 回到帕多瓦後， 伽利略隻用了一天就製造了一架望遠鏡。
伽利略的望遠鏡是一塊平凸透鏡( 物鏡) 和一塊平凹透鏡( 目鏡) 組合而成。望遠鏡直徑為4. 2 厘米， 放大倍數為3 倍。
新望遠鏡有什麽用處呢？ 伽利略首先想到的是用於軍事。他把望遠鏡帶到威尼斯， 長官們拿著望遠鏡輪流試看。
效果不錯， 伽利略因此加了一倍薪俸。
回到帕多瓦， 伽利略又製造出放大倍數為33 倍的望遠鏡。這一回， 他留作自用。伽利略把望遠鏡指向天空， 這使他看到了許多新景象， 使人類對宇宙的認識發生了很大的變化， 最終確立了哥白尼的日心說。
聽到伽利略的新發現， 伽利略的好友開普勒也從朋友那裏得到一架望遠鏡。然而， 開普勒並不急於成為一個觀測者， 而是想從理論上對它研究一番。
開普勒最先認識到凸透鏡對光線的匯聚特點， 同時他還發現了“像差”和“球差”。他從他的光學原理出發， 研究了“伽利略望遠鏡”的透鏡係統， 並解釋它是怎樣放大物像的。開普勒也設計出新的望遠鏡， 他把目鏡改成了凸透鏡，這種望遠鏡稱做“開普勒望遠鏡”。這種望遠鏡的實用價值更大， 特別是提高放大倍率時或製作天文望遠鏡都采用開普勒望遠鏡。
伽利略望遠鏡形成的是正立像， 開普勒望遠鏡形成的是倒立像。如果讓後者也成正立像， 就要加一組附加透鏡。1645 年， 波希米亞的天文學家謝爾勒提出了這樣的設想。天文望遠鏡通常不加它們， 因為天體的正像和倒像區別不大， 加上附件還會使圖像變模糊。
17 世紀30 年代開始， 開普勒望遠鏡被普遍使用。伽利略望遠鏡完成了它的“革命”作用後便“退役”了。
考慮到要盡量減小“像差”， 望遠鏡透鏡表麵的彎曲程度要很小， 困此焦距就很大。望遠鏡的鏡身就很長了。如果說伽利略望遠鏡隻有1. 4 米長， 幾十年後， 波蘭天文學家赫韋呂斯的望遠鏡就長至3. 6 米( 放大50 倍) 。
荷蘭科學家惠更斯兄弟也研究透鏡成像質量的改進問題， 他們發現， 透鏡表麵彎曲程度要盡量小。為了觀測土星， 惠更斯不斷改進望遠鏡， 他製造了一架長37 米的望遠鏡。功夫不負有心人， 1659 年， 惠更斯首先看清楚了土星的光環。
惠更斯的成就激勵了赫韋呂斯， 1673 年， 他造出了一架長46 米的望遠鏡。如此重的金屬筒身， 操作很難。1722 年， 英國天文學家布拉德雷使用的望遠鏡長達65 米。一位法國天文學家甚至夢想製造更長的望遠鏡， 筒長竟達305 米， 借此來觀測月球的動物。
折射望遠鏡太笨重了， 然而， 它還有一個致命的弱點是不能消除色差。牛頓甚至斷言， 色差是不能消除的， 因此， 他轉而研製反射望遠鏡了。
牛頓放棄了消色差問題的研究， 由於他的聲望， 許多人也放棄了此項研究。然而， 畢竟有人不死心。英國律師霍爾注意到一個事實： 人的眼睛中的透鏡( 晶狀體) 是無色差的。
當時， 英國的玻璃製造業很發達。玻璃分火石玻璃和冕牌玻璃， 火石玻璃較為耐用， 且透明度高， 冕牌玻璃是窗戶上用的普通玻璃。霍爾發現， 火石玻璃色散較大， 冕牌玻璃色散較小。他用火石玻璃做凹透鏡， 冕牌玻璃做凸透鏡， 而凹透鏡的色散大， 凸透鏡的色散小。如果設計得使這兩塊透鏡組合起來， 可使光匯聚到焦點， 而顏色不會分散開。這樣的透鏡組合就叫做“消色差透鏡”。
像反射望遠鏡一樣， 消色差望遠鏡並不需要很長的筒身， 它幾乎同反射望遠鏡一樣長。霍爾的發現很重要， 他想保密。1733 年，他將冕牌玻璃的凸透鏡和火石玻璃的凹透鏡分別交給兩個廠家， 但是兩個廠家都沒有時間磨製。巧得很， 兩家把訂單轉給了同一個人――巴斯。
巴斯發現， 這是一個人的兩張訂單， 並發現兩塊透鏡可以組成一個雙凸透鏡。他明白這是一個消色差透鏡。借助雙凸透鏡， 霍爾製造了一架直徑6. 5 厘米、長50 厘米的望遠鏡。
有一位名叫多洛德的光學儀器製造商從巴斯那裏聽到消色差透鏡的消息。起初， 他堅信牛頓的斷言， 認為消色差是不可能的。經仔細研究， 他建立了消色差透鏡的理論， 並於1757 年用冕牌玻璃和火石玻璃製造了一個消色差透鏡。
從這裏可以看出， 霍爾最早發現了消色差透鏡， 但從理論上進行論證的功勞卻是多洛德作出的。多洛德取得了消色差透鏡的專利權。
消色差望遠鏡的出現， 使長鏡身的望遠鏡不見了。在今天， 研究天體發光時， 天文學家通常是用折射望遠鏡， 而不用反射望遠鏡。
19 世紀中葉， 美國畫家克拉克迷戀於光學透鏡的磨製，並且達到了很高的水平。1862 年， 他為密西西比大學的折射望遠鏡磨出兩塊直徑47 厘米的鏡片。測試這架望遠鏡時，克拉克的兒子發現了天狼星的暗伴星。為此克拉克獲得了法國科學院的獎章。
1874 年， 美國金融家裏克捐助70 萬美元用於專門建造一架最大最好的折射望遠鏡。1888 年， 克拉克父子把它建在美國加利福尼亞州的漢密爾頓山上。遺憾的是， 老克拉克已先於幾個月前去世了。
裏克望遠鏡建成後， 南加利福尼亞大學決定要建一架直徑為1 米的折射望遠鏡。由於錢不夠， 克拉克的工作半途而廢了。不過， 一位年輕的天文學家海耳向金融家葉凱士籌劃了34. 9 萬美元。1897 年5 月21 日望遠鏡啟用， 三周後(6月9 日) 小克拉克去世了。
克拉克父子去世後， 大型折射望遠鏡的建造也劃了句號。安裝在葉凱士天文台和裏克天文台的折射望遠鏡仍是世界第一和第二。這是為什麽呢？
到現在為止， 大型折射望遠鏡用的完美無缺的大塊玻璃很難找到。另外， 透鏡越大就越重。由於支承它隻能在邊緣上， 中央部分會發生凹陷， 整個透鏡也會變形。幸好直徑為1 米的透鏡還未能使中部凹陷而喪光失明銳的中點， 再大一些就不行了。克拉克卻很樂觀， 在建設1 米望遠鏡時， 他就計劃建造1. 5 米望遠鏡。隨著他的去世， 別人也許也沒有他那樣的嫻熟技巧和耐心， 再也沒有提出更宏大的計劃了。
