望远镜不完全指南：望远镜原理、类型和配件

望远镜是一种用来放大远处物体的仪器。有许多种类可供选择，也有许多价格区间可供考虑。你怎么知道哪一个最适合你？当你把你的新望远镜拿出来看星星时，你怎么能肯定你不会失望呢？望远镜多少倍最好?

这篇文章，我们将说明望远镜的工作原理，讨论各种类型的望远镜，并看看望远镜支架和附件。

军用望远镜

它们如何工作的

望远镜是一种神奇的设备，它有能力让遥远的物体看起来更近。望远镜有各种形状和大小，从你在玩具店花2元买的小塑料管，到重达数吨的哈勃太空望远镜。业余天文望远镜介于两者之间，即使它们没有哈勃那么强大，它们也能做一些不可思议的事情。例如，一个6英寸(15厘米)的小望远镜可以让你在150英尺(55米)外阅读一元硬币上的文字。

今天你看到的大多数望远镜有两种类型：折射望远镜和反射望远镜。

为了理解望远镜是如何工作的，让我们来问一个问题。为什么你不能用肉眼看清150英尺(55米)外的一元硬币上的字？这个问题的答案很简单：物体在你的眼睛屏幕(视网膜)上占的面积太小。如果你用数码相机来思考这个问题，在150英尺的距离，1元硬币上的文字无法在传感器上覆盖足够多的像素来显示出文字。

如果你有一只“大眼睛”，你就可以从物体上收集更多的光，形成更亮的图像，然后你可以放大图像的一部分，使它在你的视网膜上延伸出更多的像素。望远镜的两个部件使这成为可能：

物镜(在折射镜中)或主镜(在反射镜中)从远处的物体收集大量的光，并把光或图像带到一个点或焦点。

目镜从物镜或主镜的聚焦处获取明亮的光线，并将其“散开”(放大)，占据视网膜的很大一部分。这与放大镜(透镜)使用的原理相同，它在纸上取一个小图像，然后把它铺在你眼睛的视网膜上，这样它看起来就大了。

当你把物镜或主镜和目镜结合起来时，你就有了一架望远镜。同样，基本的想法是收集大量的光在望远镜内形成一个明亮的图像，然后使用像放大镜这样的东西来放大那个明亮的图像，这样它就占据了你视网膜上的很多空间。

望远镜有两个一般特性：它能多好地收集光线，它能把图像放大多少。

望远镜收集光线的能力与用来收集光线的透镜或主镜的直径(口径)直接相关。实际上，口径越大，望远镜收集和聚焦的光就越多，最终的图像就越亮。

望远镜的倍率，即放大图像的能力，取决于所使用的透镜的组合。目镜负责放大。由于几乎任何望远镜都可以通过使用不同的目镜实现任何倍率，因此口径比倍率更重要。

要了解这在望远镜中是如何工作的，让我们来看看折射望远镜(带透镜的那种)是如何放大远处物体的图像，使其看起来更近。

折射望远镜

荷兰米德尔堡的汉斯·利伯希(Hans Lippershey)因1608年发明了折射镜而受到赞誉，军方首先使用了这种仪器。伽利略是第一个在天文学中使用它的人。利伯希和伽利略的设计都使用了凸透镜和凹透镜的结合。大约在1611年，开普勒改进了设计，使其有两个凸透镜，使图像颠倒。开普勒的设计仍然是今天折射镜的主要设计，后来在透镜和玻璃上做了一些改进。

折射望远镜是我们大多数人都很熟悉的一种望远镜。它们包括以下几个部分：

由金属、塑料或木头制成的长管子

前端玻璃组合镜(物镜)

第二副玻璃组合透镜(目镜)

军用望远镜

折射望远镜的优缺点

管子把透镜固定在正确的位置，使它们彼此保持正确的距离。管子还有助于防止灰尘、湿气和光线干扰形成好的图像。物镜将光线聚集，并使其弯曲或折射到靠近管后部的焦点上。目镜把图像带到你的眼睛，并放大图像。目镜的焦距比物镜短得多。

色差类似于彩虹晕，出现在折射望远镜图像周围。消色差（Achromatic）折射望远镜用未经广泛校正的镜片来消除色差。复消色差（Apochromatic）使用多透镜设计或由其它类型的玻璃(例如萤石)制成的透镜来防止色差。复消色差比消色差望远镜贵的多。

折射镜有很好的分辨率，高到足以看到行星和双星的细节。然而，为折射镜制作大型物镜(大于4英寸或10厘米)是困难的。如果你考虑每单位口径的成本，折射镜是相对昂贵的。由于口径有限，与其他类型的望远镜相比，折射望远镜对观测微弱的、深空的物体(如星系和星云)用处不大。

反射望远镜

艾萨克·牛顿在1680年左右发明了这种反射望远镜，以应对色差问题。色差问题在牛顿的时代一直困扰着折射望远镜。牛顿没有用透镜来聚光，而是用一个弯曲的金属镜(主镜)来聚光并把它反射到一个焦点上。这样的主镜不像透镜那样有色差问题。牛顿把主镜放在管子的后面。

由于主镜将光线反射回管中，他不得不在主镜的聚焦路径上使用一个小的平面镜(副镜)，将光线通过管的一侧偏转到目镜上，否则，他的头会挡住射入的光线。另外，你可能认为副镜会挡住一些图像，但是因为它比主镜小，主镜收集了大量的光，所以副镜挡住的光线可以忽略不记。

1722年，约翰·哈德利(John Hadley)发明了一种使用抛物面镜的设计，镜子的制作也有了很多改进。牛顿反射镜（简称牛反）是一个非常成功的设计，至今仍是最流行的望远镜设计之一。

反射望远镜优缺点

富场(或宽场)反射镜是一种短焦比、低放大率的牛反。焦比，是焦距除以口径，与图像的亮度有关。它们比长焦比望远镜视野更广，并能提供彗星和星云、星系和星团等深空天体的明亮全景。

多布森望远镜是一种牛顿反射镜，具有简单的管状结构和简单的安装方法。因为它们是由塑料、玻璃纤维或胶合板制成的，所以自行制造或购买它们都不贵。多布森可以有大的孔(6到17英寸，15到43厘米)，由于它们的大口径和低价格，多布森望远镜很适合观察深空物体。

反射镜制作简单，价格低廉。大口径主镜(大于10英寸或25厘米)很容易制作，这意味着反射器的单位孔径成本相对较低。反射层具有较大的集光能力，可以产生微弱的、深空物体的明亮图像，用于视觉观察和天体摄影。反射镜的缺点是你有时不得不清洗和校准镜子。此外，研磨镜子时的微小误差也会扭曲图像。以下是一些常见的问题：

球差——从镜子边缘反射的光与从中心反射的光相比，会聚焦到一个稍微不同的点。

像散——镜子没有围绕其中心对称地研磨（例如，它可能是略微呈鸡蛋状）；恒星图像聚焦于十字而不是点。

轴外象差——靠近视场边缘的恒星看起来像彗星一样被拉长，而中心的恒星则是尖锐的光点。

此外，所有的反射镜都有一定的光损失，原因有二：第一副镜阻挡了射入望远镜的部分光线，第二主镜不能反射100%的光，最好的涂层只能发射90%的入射光。

复合或折反射望远镜

复合或折反射望远镜是一种混合式望远镜，其设计中混合了折射镜和反射镜元素。德国天文学家伯恩哈德·施密特于1930年制造了第一台复合望远镜。施密特望远镜在望远镜的后部有一面主镜，在望远镜的前部有一块玻璃校正板来消除球差。这架望远镜主要用于摄影，因为它没有副镜或目镜，而是把胶片放在主镜的主要焦点上。如今，发明于20世纪60年代的施密特-卡斯格伦望远镜(Schmidt-Cassegrain design)是最受欢迎的望远镜，它使用一个二次反射镜，通过主镜上的孔将光线反射到目镜上。

第二种类型的复合望远镜是由俄罗斯天文学家D. Maksutov发明的，尽管荷兰天文学家a . Bouwers在1941年也提出了类似的设计，比Maksutov更早。Maksutov望远镜类似于施密特的设计，但使用了一个更球形的校正透镜。

望远镜支架

望远镜必须有支架支撑，否则你就得一直拿着它。望远镜支架可以让你：

保持望远镜稳定

把望远镜对准星星或其他物体(鸟)

调整望远镜以适应地球自转引起的恒星运动

把你的手腾出来做其他活动(对焦、换目镜、记笔记、画画)

望远镜支架有两种基本类型：地平式支架和赤道仪式支架。

地平式支架有两个旋转轴，一个水平轴和一个垂直轴。要将望远镜对准一个物体，你需要调整垂直轴上下移动(改变经度)到该物体的垂直位置，调整水平轴左右转动(改变纬度)到该物体的水平位置。这种类型的支架使用简单，在便宜的望远镜中最常见。

虽然地平式支架安装简单易用，但它不能很好地跟踪恒星的运动。为了跟随恒星的运动，支架会产生“之字形”运动，而不是平滑的弧形划过天空。

赤道仪也有两个旋转轴——赤经和赤纬。然而，它不是向上和向下定向的，而是与地球的旋转轴以相同的角度倾斜。赤道仪有两种：

德国式赤道仪——形状像一个“T”。“T”的长轴与地极对齐。

叉式赤道仪——常用于镜筒短的望远镜和赤纬变化小的太阳望远镜。

当赤道仪支架与地球两极正确对齐时，望远镜就能跟踪恒星在天空中进行平滑的弧形运动。在进行星空摄影时，你需要一个赤道仪支架。

目镜

目镜是折射镜中的第二个透镜，或反射镜中的唯一透镜。目镜有许多光学设计，由一个或多个透镜组合而成。

目镜的用途是：产生清晰的图像并允许你改变望远镜的倍率。

目镜的类型有很多种：惠更斯（Huygens）目镜、兰姆斯登（Ramsden）目镜、无畸变（Orthoscopic）目镜、凯尔纳（Kellner and RKE）目镜、爱乐弗广角（Erfle）目镜、普罗斯尔（Plossl）目镜、纳格尔（Nagler）目镜、巴洛镜(Barlow，与另一目镜结合使用，可将放大率提高2至3倍)。

惠更斯和拉姆斯登目镜是最古老的设计。它们有色差，通常被包括在最便宜和最低效的望远镜中。

1880年，恩斯特·阿贝发明了无畸变目镜。它由四片透镜组成，能够很好的消除球差、色差还有畸变，视场约为45度，特别适合高倍率观察，如行星表面的观察。标准目镜的价格从50美元到100美元不等。

凯尔纳和RKE(埃德蒙科学公司对凯尔纳的专利修改)采用三片透镜组成，可以在40度的视野下产生图像，并带有一些色差，它在长焦距望远镜中工作得最好。凯尔纳目镜很好地平衡了性能和经济性，每个目镜从30美元到50美元不等。

爱乐弗目镜是在第二次世界大战期间发明的，是专门为军用望远镜发明的，它有高达60度的视场，由于存在像散，不适合观察行星。

普罗斯尔目镜采用四元件或五元件设计，视野50度，它们最适合15到30毫米的尺寸，成像质量很好，特别是对于行星观测。一般配备较高级的天文望远镜中。

纳格尔目镜于1982年推出，广告上说它“就像太空行走一样”。他有一个令人难以置信的82度视野的七元件设计。虽然它只有2英寸大小，但是很重，最高可达2磅(1公斤)，而且很贵。

巴洛镜是一种与现有目镜配合来增加望远镜倍率的经济方法。目镜与巴洛透镜相配合，巴洛镜又与目镜架相配合。

滤光片

滤光片是玻璃或塑料片，你可以把它们放在目镜筒里，以限制通过图像的光的波长。

滤光片可用于：