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发信人: Gforce (第三个代表), 信区: Astronomy
标  题: 望远镜基础知识
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Thu Jun  3 15:10:12 2004)


一、折射望远镜
折射望远镜的物镜是玻璃透镜。由天体来的平行光经透镜折射后在焦平面上聚焦成像。早
期的折射望远镜物镜为单块透镜,由于玻璃对不同颜色的光的折射率不同,会产生五颜六
色的像差,这种像差称为色差。为了克服色差所引起的成像模糊,人们用两块不同材质的
玻璃组和成一凸一凹的复合透镜,从而有效的消除了色差。但这样一来,原来的玻璃面由
两面增加到了四面或是更多,而光线要从镜面进入再由玻璃内部折射出来,从而大大的加
强了对镜面精度的要求和玻璃内部气泡、杂质等缺陷的限制。因此折射镜虽然有成像尖锐
、便于维护和找星的特点,但因其口径越大加工难度也就越大,从而使折射望远镜的口径
无法做的太大。世界上最大的折射望远镜口径为1.02米,是小克拉克于1897年完成的,现
座落于美国叶凯天文台。
常见的折射望远镜物镜有:
1.双胶合物镜 
这是一种常用的消色差望远物镜,用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成,当合理
选配时可同时校正球差,色差及正弦差。但由于热胶合会产生玻璃变形而影响精度,一般
口径不宜超过80mm。双胶合物镜不能校正二级光谱,其值与焦距成正比,是个定值。只有
用特种火石玻璃做负透镜时,二级光谱可减少三分之一(例如ED镜头)。如果莹石玻璃作
正透镜,二级光谱可以再降低六分之一。 
2.双分离物镜 
用于口径较大的望远镜物镜。由于可以利用正负透镜之间的间隙设计,使带球差有所降低
,但色球差依然不能校正,二级光谱反而有所增大,其他像差校正与双胶合透镜雷同。但
装备稍困难一些,对物镜框的要求高一些。
3.三分离物镜
由于可以任意选择镜面的曲率半径、透镜材料、透镜厚度及相互间隙,可以有利地校正色
球差。在相对孔径很小时,如果玻璃选择合适,是可以消除二级光谱的,我们将此类物镜
称之为复消色差物镜。三合透镜也可设计成天体照相物镜。

二、反射望远镜 
反射望远镜的物镜是一块表面镀了金属反光膜的反射镜。这种反射镜最早是用金属制造,
后来才改用玻璃。这种望远镜的光学系统因光线不需透过材料本身,而是将光线反射回去
,不会出现折射望远镜中的色差,所以对玻璃材料的性能没有很高的光学要求。但轴外光
线像差较大,造成视场中央部分成像清楚,周围成像模糊,因而视场受到了限制。再加上
需经常重新镀反射面和组装、校正各部件,因此反射望远镜在维护上比较困难。
反射望远镜因光路不同又分为多种形式,常用的有牛顿式、卡塞格林式、格里高利式等等
。下面分别介绍常用的三种形式:
1.牛顿式反射望远镜
这种望远镜由两块反射镜组成。一块是较大口径的凹面反射镜(主镜),一块是较小的平
面镜(副镜)。光线只是在物镜片的表面上反射,并不需要穿过透镜,所以不用采用光学
玻璃。最大优点是没有色差且价格便宜。最大缺点维护比较困难。
2.卡塞格林式反射望远镜
这种望远镜是由两块反射镜组成的一种反射镜。通常在主镜中央开孔,成像于主镜后面。
有时也在主镜前。加上一个与光光轴成45度角的斜平面镜,使象成在侧面,这种卡塞格林
望远镜双称为耐司姆斯望远镜。
优点:焦距长而镜筒短,在天体摄影时由于焦距长照片的比例尺度较大,所以星象清晰。
望远镜相对口径小,因而彗差较小,适合用于测量微小的角距离。 
3.格里高利式反射望远镜
与卡塞格林式反射望远镜相似,一般主镜制成抛物面,副镜则制成椭球面。只是镜筒要比
卡塞格林式的镜筒要长一些。

三、折反射望远镜
折反射望远镜的改正透镜的表面不是圆锥曲面,而是旋转四次曲面,加工难度很大,同时
也存在大尺寸透镜材料的限制,所以口径不能太大。现在应用最广泛的有施密特望远镜与
马克苏托夫望远镜两类。
1.施密特望远镜
这种望远镜的主镜是一个凹球面反射镜,另一块是接近平行平板的非球面薄透镜。又称改
正透镜。透镜的一面为平面,对向光线,另一面磨成奇特的形状,使中心区与边缘区的曲
率不同,安放时放在主镜的曲率中心处。利用改正镜与球面反射镜巧妙的配合,可以消除
主镜造成的球差,同时也较好地消除轴外象差。 
优点:光能损失少,改正透镜比折射望远镜薄,制做材料容易解决。口径可以做得较大。

缺点:改正镜的非球面形状加工困难。
2.马克苏托夫和马克苏托夫-卡塞格林望远镜
这种望远镜的主镜是一个凹球面反射镜,副镜是一个特殊的月牙状透镜,又称弯月形改正
透镜。改正透镜是天面的,它的两个表面的曲率半径相差不大,但有相当大的曲率和厚度
。适当选择透镜两面的曲率半径和厚度,可以使弯月镜产生足以补偿凹球面镜的球差,同
时又满足消色差的目的。在整个系统中适当调节弯月透镜与球面镜之间的距离,就能够对
彗差进行校正。 
现在一般用马克苏托夫-卡塞格林望远镜其优点是:系统中的所有表面是球面的,容易制造
。在同样的口径和焦距情况下,镜筒较短。缺点是:和相同的旋密特望远镜相比视场略小
。弯月形透镜的厚度较大,一般为口径的1/10,对光学玻璃要求较高。


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