天文望远镜简史

天文望远镜简史

作者：暂无

来源：《百科探秘·航空航天》 2020年第1期

文/ 陈若颖

人类拥有五六千年的观星历史，埃及的金字塔、欧洲的巨石阵、中国殷商甲骨文中关于日

月食的描述，都是人们探索宇宙的记录。然而，在这五六千年中，人类对于星空的认识一直都

停留在“点”中，通过观测与计算这些“点”的运动规律，推测出宇宙的运行法则。直到17

世纪初，望远镜被发明出来，人类对宇宙才有了突破性的认识。如果把人类至今的天文学研究

史比喻成一天的话，我们现如今对天文学的大部分认识，都是在拥有了天文望远镜后的两小时

内获得的。

所谓望远镜，简单来说就是帮助我们收集光线和放大远处物体的东西。发明望远镜的人名

叫汉斯? 李波尔，是一位荷兰眼镜师。1608 年的一天，两个小孩儿在他的眼镜店门口拿着两片

透镜玩，他们因发现两片透镜叠在一起就能放大远处的教堂而十分开心。汉斯受到启发后苦心

钻研，在无数次的失败后，终于制作出能够清晰放大远处物体的工具——望远镜。望远镜被发

明出来后，人们只是用它来看远处的人或风景，并没有将它对准星空。而将望远镜发扬光大，

应用于天文学研究的是意大利著名物理学家、天文学家伽利略? 伽利雷。

折射式望远镜

1609 年，伽利略听说有位荷兰人发明了一种能放大远处景物的工具，便在还未见过实物的

情况下，利用风琴管、一片凹透镜和一片凸透镜制作出了他自己的第一架望远镜。之后，他又

较差（即观测时对眼睛与目镜之间的距离要求很高，如果眼睛距离目镜稍微近或远一点儿，就

会看不清且很不舒服）。

后来，开普勒在伽利略式望远镜的基础上，利用两片凸透镜设计了一款“开普勒式望远

镜”。他在物镜之后放一个由凸透镜制成的目镜，便成功解决了适眼距的问题。但因为光线是

汇聚后再经过目镜的，从物镜上端进入的光反而会从目镜的下端射出，这样望远镜中成的像就

是倒像（即上下颠倒，左右相反的像）。由于结构简单、质量轻，并且视线方向和天体所在方

向一致，容易寻找天体，很多入门级的望远镜都采用了开普勒式望远镜的构造。后来，人们将

伽利略式和开普勒式这样利用折射光线达到放大效果的望远镜统称为折射式望远镜。

在创造出折射式望远镜后，人们想的肯定是如何继续改造望远镜，使其观测得更远、更清

晰。这时人们首先想到的就是增加望远镜的口径。因为口径越大，远处的天体就能被放得更大。

但是，随之而来的是，望远镜的口径越大，它的质量就越大，这就会使望远镜很难支撑。不仅

如此，折射式望远镜还有一个很大的缺点——色差。我们通过光的色散实验可以看到，由于不

同颜色的光折射率不同，所以三棱镜可以把白色的光束分解成七种不同颜色的光。折射式望远

镜的物镜也一样，它也会把收集到的白光在镜筒中“分解”，形成最外围是红光、最内层是紫

光的锥形光束。这样一来，折射式望远镜的口径越大，它分解出的红光和紫光离得就越远，人

在目镜中看到的图像色差就越大。由于大口径折射式望远镜的观测效果不佳，渐渐地，它就走

下了历史舞台。现存世界上最大的折射式望远镜保存在美国芝加哥大学叶凯士天文台中，它是

1897 年建造的，口径只有1.02 米。

反射式望远镜

但是反射式望远镜并非完美无缺，它也有诸多问题，如成像不在平面上、目镜中看到的物

像变形等。为了解决这些问题，德国光学家施密特做出创造性的假设：如果把折射式和反射式

两种结构结合起来，取长补短，是不是就能更完美？他通过添加一块改正镜，在1931年设计出

了性能更加优良的折反射望远镜。他设计的望远镜除了有一块用于折射光线的凸透镜外，中间

还添加了一块曲面的改正镜来反射光线。改正镜需要非常精细的做工，对技术材料等都有很高

的要求。我国目前最大的一架折反射望远镜，同时也是口径最大的光学望远镜——大天区面积

多目标光纤光谱天文望远镜（简称LAMOST），就在国家天文台河北兴隆观测基地中。它的口径

为4.16 米，是一架可以对大范围的天空进行长时间跟踪分析的巡天望远镜。在2010 年，它被

正式命名为“郭守敬望远镜”。

射电望远镜

我们知道，光其实是一种电磁波，我们平时所能看到的“可见光”只不过是整个电磁波波

段的一小部分，还有如射电（无线电）、X 射线、红外等其他波段。而前文介绍的所有望远镜

都是光学望远镜，只能接收到可见光波段的天体辐射。因此，仅利用光学望远镜探测宇宙无异

于盲人摸象。随着望远镜技术的不断发展，人们已经不满足于只在可见光范围内探究宇宙了。

于是，全波段天文学开始发展起来。但是，在地球上对其他波段的探测困难重重。地球那个厚

厚的大气层帮助我们抵御了来自宇宙的辐射和小天体的攻击。同时，也恰恰是这个大气层，反

射和吸收了部分波段的辐射，让它们无法到达地面。而那些能成功到达地面的辐射，就形成了

三个能够让我们在地球上观测的窗口——光学窗口、射电窗口和红外窗口，我们将它们统称为

大气窗口。然而在大气窗口之外的那些电磁辐射，我们就只能到大气层外去观测了。

为了观测可见光，人类发明了折射式、反射式、折反射望远镜；同样，为了观测射电辐射

和红外辐射，人类发明了射电望远镜和红外望远镜。

虽然射电窗口一直存在，但直到1932 年，美国贝尔研究室的无线电工程师卡尔·央斯基

才发现了来自银河系中心的射电辐射。这一发现标志着射电天文学的诞生，从此，人类探索宇

找到了太空这个最优越的天文观测场所，人们开始了空间天文学的发展之路。空间天文学

也成为继光学天文学和射电天文学之后，天文学发展史上的第三座里程碑。最著名的空间望远

镜要数哈勃空间望远镜了，它是以美国天文学家爱德文·鲍威尔·哈勃的名字命名的。它的口

径虽然仅有2.4 米，却创造了数不清的成就。从1946 年开始初步构思到1990 年4 月24 日

被发射升空，哈勃空间望远镜的研发和发射因预算、技术等问题不断被推迟。甚至由于加工过

程中一道工序的疏忽，在发射上天并向地面传回第一组照片后，科学家们才发现它成了“近视

眼”。1993 年12 月，美国国家航空航天局（NASA）又派出奋进号航天飞机和7 名航天员进入

太空为“哈勃”更换了新镜片。今年，哈勃空间望远镜将迎来它的30 岁生日，在这30 年中，

它帮助科学家们更准确地估算出宇宙的年龄，提供了研究太阳系外围天体的更好机会，并拍摄

了迄今为止最清晰的深空图像。由于设备老化以及望远镜技术更新等问题，NASA 在2009 年对

超期服役的哈勃空间望远镜进行了最后一次维修，未来将会由詹姆斯·韦伯空间望远镜代替它

继续帮助科学家探索宇宙。

随着天文望远镜技术的发展，夜空中的一个个星点逐渐清晰起来，黑暗无边的宇宙也渐渐

呈现出更加丰富壮观的景象。我们常说“探索宇宙”，但如果没有越来越先进的天文望远镜，

探索宇宙根本无从谈起，因为我们人类不可能时刻徜徉于宇宙之中，捕捉各种电磁信号。你看，

此时此刻，无论是地球上还是宇宙中，正有数不清的天文望远镜在持续不断地“巡天探索”，

帮助我们搭建通往宇宙之路！