关于望远镜的思维导图绘画

望远镜的发展史介绍

一般认为，望远镜是由荷兰眼镜商里帕西于1608年发明的。1609年，意大利天文学家伽利略制成一架望远镜，物镜为凸透镜，口径4.4cm，焦距长1.2m，目镜为凹透镜，放大率33倍。伽利略用它来观测月亮、太阳、恒星和银河系，发现了木星卫星，并测定了太阳黑子周期。1611年德国天文学家开普勒发明开普勒望远镜。相比于伽利略望远镜，开普勒望远镜特点是目镜设置在物镜焦点之后，且为凸透镜，观测物体呈倒像。其优点是在物镜焦点处可放置十字丝，作为瞄准参考线。由于当时消除色差和和像差的光学技术尚未发明，所以望远镜需采用很长的焦距。这一时期的望远镜特点是：透镜为单透镜，材料为一般玻璃，口径很小，镜筒较长，用简单结构架设，没有转动轴系。

(二)早期的反射式望远镜

1.格雷戈里望远镜

相比于折射系统，反射系统有不存色差的优点。1633年，英国数学家格雷戈里最早设计了反射式望远镜，其主镜面形为抛物面，副镜面形为椭球面。星光经主镜、副镜反射后再折回主镜中孔，于主镜后面成像。由于副镜起放大作用，并且采用折叠光路，因此用较短的镜筒可获得较长的系统焦距，并且焦点位于镜筒后端，方便了观测。该设计可以消除球差，但不能消除彗差和轴外像差，因而视场较小。格雷戈里委托伦敦的一家光学公司来制造，但由于当时工艺水平的限制，没有制成实用的产品。格雷戈里望远镜的一个特点是副镜位于主焦点之后，故而可以在主焦点上设置视场光阑或分划板。现代反射式太阳望远镜多采用格雷戈里系统，在主焦点上安装镀有反射膜的45度反射镜，反射镜中间开有小孔以便观测太阳的一个局部区域，而将大部分不观测区域的光线反射出镜筒，以降低焦面附近的温度，提高像质。

2.牛顿望远镜

牛顿于1668年首先研制成功的反射式望远镜，采用球面主镜，口径2.5cm，镜筒长15cm，光路中用一块45度放置的小平面镜将焦点转向镜筒之外，以便于观测。如此短小的望远镜的观测效果，竟然能抵得上当时2m长的折射望远镜。之后牛顿又制造了两架口径稍大的望远镜。除了可能有色差以外，折射望远镜的;另一个问题是受透明玻璃材料的限制，口径不可能做的很大。但天文观测需要大口径的望远镜，以观测更暗弱的天体。

3.卡赛格林望远镜

1672年，法国卡赛格林发明卡赛格林望远镜，它由凹抛物面为主镜和凸双曲面副镜组成。卡赛格林望远镜同格雷戈里望远镜基本性能相似，也具有系统焦距长的特点，但其镜筒更短，而且场曲相对要小一些。正因为如此，卡赛格林系统不但被近代光学望远镜的设计所普遍采用，而且也是设点望远镜的主要形式。

4.大型金属镜面反射望远镜

1789年，英籍德国人威廉 赫歇尔 制成口径1.22m、焦距12.2m的大型反射式望远镜，该望远镜为主焦点望远镜，焦点偏到镜筒一侧，以便于观测。

威廉 赫歇尔是伟大的天文学家，他研制了多台反射式天文望远镜，发现了天王星和蟹状星云。其最大的功绩是对银河系的观测研究，初步建立了银河系结构模型，观测了数以千计的“星云”，开创了宇宙演化的研究。

1845年，英国威廉 帕森斯制成口径1.83m、镜筒长17m的大型牛顿式反射望远镜，采用金属镜面，望远镜机架高度角可调，方位角调整范围很小，基本上做子午观测。他用该望远镜发现了旋涡结构星云。这一时期的望远镜结构特点是反射镜用铜合金制成，机械结构为原始的地平式机架，或以建筑物作为主要结构，用手工操作改变镜筒方向。

(三)现代望远镜的兴起

18世纪30年代，英国数学家霍尔发明了消色差透镜。消色差透镜用的光学玻璃也逐渐进入工业化生产。从此，大型折射望远镜作为重要的观测设备进入了各国天文台。1824年德国光学家和琅禾费等人制成消色差折射望远镜，口径24cm,焦距4m,1847年继而制成38cm消色差望远镜。

1888年，美国的克拉克父子研制成功91cm折射式望远镜，安装在叶凯士天文台。1897年，儿子A,G.克拉克又独立研制成功1.01m折射式望远镜，迄今为止该望远镜仍然是世界上最大的折射式望远镜。

在光学技术发展的同时，作为望远镜重要组成部分的轴系、机架和控制技术也在不断改进。首先是机架形式，虽然在古代天文仪器中，地平式机架和赤道式机架都有应用，赤道式机架只需单轴跟踪的好处也已被发现。但中世纪以后直到18世纪，望远镜多采用手工操作的地平式机架，因为它结构简单，而且当时也没有自动跟踪技术。

随着天文学科学技术的不断发展，折射望远镜的缺点日益突出。首先它不能同时对各个波长的可见光消色差，其次一般的光学玻璃对紫外光和红外光的透过率很低。另外，光学玻璃内部的折射率不均匀、杂质、气泡和条纹都会影响像质，因而能获得的材料不可能很大，望远镜口径就不可能很大，最大只能到1m上下。由于这个原因，大口径望远镜只能寄希望于反射系统，这导致了他们在20世纪得到空前发展。

20世纪二三十年代，望远镜光学系统方面又有新的设计，主要有以下三项：

由克列基昂提出，由威尔逊山天文台的里奇研制成功的RC系统望远镜。该系统类似于经典卡赛格林系统，但因主、副镜形状改用新的曲面而克服了后者彗差较大的问题。

1913年，德国光学家施密特发明了施密特望远镜。该望远镜的光路由一接近平行平板的非球面改正镜和一球面镜组成，其特点是有效视场比一般反射望远镜大得多。

1940年，前苏联光学家马克苏托夫发明马卡苏托夫反射望远镜。同施密特望远镜一样也属于大视场望远镜，所不同的是其改正镜为一块较厚的球面弯月形透镜。

1948年，海耳望远镜研制成功，其主镜直径5.08m，该望远镜早在1928年就开始研制，但由于第二次世界大战而一度中断。对于望远镜技术的发展，海耳望远镜在以下三方面有创造性：

1976年，前苏联6m望远镜研制成功，安装在高加索专门天体物理台，一度成为世界上最大的光学望远镜。该望远镜早在1958年就开始研制，但因主镜质量不好而长期不能正常那个工作，直到20世纪80年代才正式投入使用。该望远镜的最大特点是在近代大望远镜中，它首先采用地平式机架。地平式机架的优点是结构对称，体积小、重量轻;但要实现对恒星的跟踪，必须将地坪坐标转换为赤道坐标，而且两根轴的转速都不是均匀的，这在没有计算机和精密自动控制技术的时代是不可想象的。而当时这种技术已经成熟，因此不成问题。

上世纪七十年代后各国研制了一批4m级光学望远镜，有美国基特峰天文台的4m望远镜、英奥天文台的3.9m望远镜等，望远镜大发展的时代开始了。

1988年，中国2.16m望远镜研制成功，安装在北京天文台兴隆观测站。该望远镜早在1958年就已经开始筹建，当时国际上除了美国5m望远镜和刚开始研制的前苏联6m望远镜，口径2m以上的望远镜还不多;如果能正常开展研制，则离国际先进水平尚不远。后因历史原因到1972年才正式开始研制该望远镜，以中科院南京天文仪器厂为主要研制单位，由有关天文台、中科院北京自动化研究所以及国内一流的大型机械制造厂家共同协作攻关，经过十多年的努力才研制成功，2.16m望远镜的成功研制是自力更生的成果。