牛顿试制反射望远镜_窥视宇宙万物的奥

时间:2020-01-30  栏目:百科知识  

牛顿试制反射望远镜_窥视宇宙万物的奥

 

17世纪中叶,有人提出使用反射望远镜来观察天象,但这只是纯理论方面的探讨,并没有付诸实际行动。因为17世纪的折射望远镜的图像外会产生五彩缤纷的色环,破坏了天体的真面目,使科学家们伤透了脑筋。为了克服这一缺陷,折射镜的镜筒变得越来越长,使用起来很不方便。直到半个世纪以后,英国科学家伊萨克·牛顿才解决了这个问题。

牛顿想到,光的透射特性决定了色差的产生是无法避免的,由于色差是各色光通过透镜后发生分解所引起的,因此,他考虑使光线不进入镜片内部,只让光在凹面镜表面反射后聚焦成像的办法来加以解决。

第一个尝试造反射望远镜的是詹姆斯·格雷戈里。1663年,他提出利用两面反射镜(一面主镜,一面副镜)的方案,即用一个抛物面做主镜,用一个椭球面做副镜,以一举消除球差和色差的缺陷。但没有一个光学家能够精确地磨制出这样的镜面,因而这种望远镜没有制造出来。尽管如此,专家们还是认为他的方案在理论上并没有错。

1666年,牛顿尝试用非球形的镜面来制造反射望远镜,同样未能成功。后来,牛顿研究克服色差缺陷的另一种办法。牛顿认为,白光通过棱镜后会分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光,而7种颜色的光直接反射是不会产生色差的。因此,他开始研制靠反射成像的反射望远镜。

1668年,牛顿亲手制作了第一架反射望远镜,镜筒长约15厘米,虽然体形上比那些瘦而长的折射望远镜小巧得多,且图像清晰,但是只可以放大40倍。1672年,牛顿又制造了第二架反射望远镜,主镜口径为5厘米,性能很好。他把它赠送给英国皇家学会,至今仍被保存着。

反射望远镜以短小的镜身、高质量的成像,赢得了天文学家的青睐,很快得到广泛的普及。在反射望远镜的发展过程中,特别要提及的是英国的天文学家赫歇耳(17381822)。他原是一位音乐家,业余天文爱好者。1774年,他磨制出口径15厘米的反射镜,可放大40倍。17813月,他用这架望远镜发现了天王星,成为天文学上的一次重大发现,因而一举成名,从此成了一位专业天文学家。赫歇耳于1789年又制成了一架口径122厘米、长12.2的反射望远镜。这是当时世界上最大的望远镜,并保持了半个世纪的冠军地位。

后来,英国的罗斯伯爵制成了口径为180厘米的巨型反射望远镜。为了安装牢固,只好把镜筒放在两堵墙之间。1908年底,威尔逊山天文台安装了一台口径为153厘米的反射望远镜,其口径虽然稍小,但镀银的表面能反射65%的入射光,所以效果要比罗斯制作的强得多。1915年,亚当斯(18761956)用它拍摄到了天狼伴星的光谱,证明它是一颗白矮星。此后,海耳又制造了一架口径超过200厘米的反射望远镜。(www.benninghoven.com.cn)

1918年,一架镜面直径为254厘米的反射望远镜诞生了。它用了最新的镀铝技术,反射率达82%。整个望远镜重90吨,但操作方便,性能良好,成为当时世界上最大的反射望远镜,安装在威尔逊山天文台。这台望远镜的诞生过程相当曲折:洛杉矶一位商人叫胡克,他想把他自己的名字与世界最大的反射望远镜联系起来,愿意出资相助。他一次又一次地增加款额,努力使镜面加大。镜面的玻璃坯是法国一家玻璃厂提供的,由于镜面太大,抛光十分困难,同时在此期间爆发了第一次世界大战,诸多因素使这架反射望远镜的制作时间一再延长。为了纪念胡克的功劳,这架反射望远镜被命名为“胡克望远镜”。

1929年,海耳从石油大王洛克菲勒那里获得了一笔基金,开始制作口径为508厘米的反射望远镜。在漫长的加工过程中,共用掉30多吨磨料,成型后镜面总重14.5吨,镜筒重100吨,镜体可转动部分重量为530吨。由于第二次世界大战延误了制作工期,到194863,人们才为这架巨型反射望远镜举行了揭幕典礼,然而海耳却不幸于10年前与世长辞了。这架海耳望远镜能观察到大约3×1022千米外太空的类星体。为了纪念海耳的功绩,在帕洛玛天文台门厅的中央,端放着一尊海耳的半身塑像,铜牌上写着:“这架5.08的望远镜以乔治·埃勒里·海耳命名,他的远见卓识和亲自领导使之变成了现实。”

196912月,威尔逊山天文台和帕洛玛山天文台合并,改名为海耳天文台。

用一块固定的偏转45°的平面镜作副镜,让它把物镜光轴折转90°,使光线从镜筒壁上的小孔内射出,再用目镜加以放大后进行观察,这就是所谓“牛顿式光学系统”。由于反射望远镜完全消除了色差,很适合于天文观测。直到今天,许多天文爱好者自制望远镜仍然喜欢采用这种形式。

目前,世界上最大的单镜面反射望远镜口径为600厘米,安装在高加索俄罗斯科学院专门天体物理天文台里。由于质量存在一些问题,这台望远镜自1976年起用以来,取得的成果并不显著。