望远镜的发明故事

望远镜的发明故事 望远镜开阔了人们的视野，在科技、军事、经济建设及生活领域中有 着广泛的应用，天文望远镜有“千里眼”美誉之称。 那么，望远镜是怎样发明出来的呢?让我们追溯历史，去寻觅天文望远镜在发展进程中留下的足迹。 早先的望远镜是玩具 17世纪初，在荷兰的米德尔堡小城，眼镜匠利珀希几乎整日在 忙碌着为顾客磨镜片。在他开设的店铺里各种各样的透镜琳琅满目， 以供客户配眼镜时选用。当然，丢弃的废镜片也不少，被堆放在角落 里的废镜片成了利珀希三个儿子的玩具。 一天，三个孩子在阳台上玩耍，小弟弟双手各拿一块镜片靠在栏 杆旁前后比划着看前方的景物，突然发现远处教堂尖顶上的风向标变 得又大又近，他欣喜若狂地叫了起来，两个小哥哥争先恐后地夺下弟 弟手中的镜片观看房上的瓦片、门窗、飞鸟……它们都很清晰，仿佛是近在眼前。利珀希对孩子们的叙述感到不可思议，他半信半疑地按 照儿子说的那样试验，手持一块凹透镜放在眼前，把凸透镜放在前面， 手持镜片轻缓平移距离，当他把两块镜片对准远处景物时，利珀希惊 奇地发现远处的视物被放大了，似乎就在眼前触手可及。 这一有趣的现象被邻居们知道了，观看后也颇感惊异。此消息一 传开，米德尔堡的市民们纷纷来到店铺要求一饱眼福，不少人愿出一 副眼镜的代价买下可观看物景变近的镜片，买回去后当作“成人玩具”独自享用，结果废镜片成了“宝贝”。受此启示，具有市场经济头脑的 利珀希意识到这是一桩有利可图的买卖，于是向荷兰国会提出发明专 利申请。 1608年10月12日，国会审议了利珀希的申请专利后给予了 回复，受理的官员指着样品对发明人提出改进要求：能够同时用两只 眼睛进行观看；“玩具”是大类，申请专利的这个玩具应有具体的名称， 利珀希很快照办了。接着他又在一个套筒上装上镜片，并把两个套筒 联结，满足了人们双眼观看的要求，又经过冥思苦想将这个玩具取名 为“窥视镜”。这一年的12月5日，经改进后的双筒“窥视镜”发明专利获得政府批准，国会发给他一笔奖金以示鼓励。 伽利略天文望远镜问世 1609年6月，意大利天文学家和物理学家伽利略在威尼斯收到 朋友寄来的一封信，告诉他有个荷兰眼镜商造出“窥视镜”，利用镜片的组合可看清远处的景物。 伽利略获得信息后意识到它具有在天文学上的应用价值，立即返 回帕多瓦集中精力研究光学和透镜，反复琢磨并亲自动手将镜片安装 在铜筒的两端，铜筒则被定置在固定架上。最初望远镜只能放大3倍，在此基础上，伽利略不断地摸索改进，使望远镜能够放大32倍，第一台天文望远镜就这样问世了。 从1609年末到1610年初，伽利略在佛罗伦萨用这台划时代的 天文仪器进行天体观测：发现月球表面布满了凹坑和环形山；寻找到 木星有四颗卫星，像月亮绕地球转动一样；看到银河系是由无数星体 组成；还观测到太阳的黑子、金星的盈亏、土星的光环等。为把天象 观察结果公之于众，伽利略于1610年3月在威尼斯出版了《星空 使者》一书，揭示了这一系列重大的天文发观而轰动了欧洲。 不久，德国天文学家开普勒也制造出一台新的望远镜，这台望远 镜的物镜和目镜都是用凸透镜组成，前端凸镜为物镜，用来收集光线， 后面的凸镜为目镜则再次将景物放大。因此这台天文望远镜观察到的 景物是倒立的，他发明的这台望远望被称为“开普勒望远镜”。 开普勒用新的望远镜观测天象，将恩师——丹麦天文学家第谷观 测到的777颗恒星扩展为1005颗，1627年编制并出版了《鲁道 夫星表》，因精确度高被视为星表。在整理第谷长达30年的天文观测资料时，发现了行星运动的三大定律，后人赞颂开普勒是“宇宙的立法者”。 天文望远镜打开了宇宙的大门，伽利略发现了新宇宙，开普勒则 为星空制定了法律。 牛顿与反射式望远镜 伽利略的天文望远镜与荷兰利珀希发明的望远镜一样，都是由凹 凸两透镜组成的，包括开普勒望远镜，均被称为“折射式望远镜”。由于镜片的色散作用，“折射式望远镜”看到的景物都带有彩色的边缘， 如何消除透镜的“色差”这一缺陷呢?英国科学家牛顿试图解决这个难 题。 牛顿用三棱镜做科学实验，观察发现玻璃能把白光分解成七色， 这意味着镜片可以把不同颜色的光聚集到不同的点，从而产生一种模 糊而带色的影像。牛顿在研究光的折射课题后，提出了“反射现象”的思路来设计望远镜。他认为光本身是一种折射率不同的复杂混合 物，它是有规律的，一旦光线的反射角等于它们的入射角的时候，假 如以反射现象为媒介，而且只要能够找到一种反射材料，就可避免“色差”的缺陷。 1668年，牛顿把这个设想变成了现实，制成了世界上第一台反 射式望远镜，这台轻巧的望远镜镜筒直径约有25毫米，全长约为150毫米。不久，牛顿又对望远镜进行改进，于1671年制成了第二台反射式望远镜，这台闪烁人类智慧之光的珍贵望远镜，至今仍保存完好， 被英国皇家学会图书馆永久收藏。 牛顿研制的望远镜是用一个反射镜代替物镜，消除色差之后，推 动了望远镜的发展。 琴师赫歇耳的重大贡献 1757年秋天，法国军队占领了德国，威廉?赫歇耳和他妹妹离开故土，漂泊流浪到英国，靠街头和酒吧卖艺维持生计，过着艰辛的 生活。可是，苦中有乐，这对兄妹对天文观察有着浓厚的兴趣，为了 观测星空，他们决定自己动手研制大口径的反射望远镜。 望远镜的物镜是一块采用青铜材料的反射镜，为了提高望远镜的 取光作用和分辨能力，他们用手工将这块青铜磨成高精度的抛物形镜 面；目镜是一块透镜，由玻璃琢磨制成。兄妹俩经过数年的努力，终 于制成了两台当时世界上最大的天文望远镜，其中一台望远镜口径为 1.2米，焦距长达12米。 1781年春的一个晴朗的夜晚，兄妹俩来到望远镜旁观察天象。 当镜筒对准双子星座，此时有一颗不寻常的六等小星进入他们的视 线，引起了赫歇耳的注意。对星空非常熟悉的赫歇耳立即判断它是一 颗未知的新星，经过连续半个月的跟踪观察，终于确定它是太阳系的 一颗新行星——天王星，这一天是3月13日。为了嘉奖威廉?赫歇耳发现天王星，英皇乔治三世御封他为英国皇家天文学家。 在天文望远镜的发展进程中，赫歇耳的功绩是首创了抛物形镜 面，依据它的原理，为后来获得广泛使用的折反射式天文望远镜制造 奠定了基础。同时，赫歇耳开了制造大口径反射式望远镜的先河，从 那以后，科学家为了观测到更多的星体，又制造出了口径更大的反射 式望远镜。1845年，英国天文学家罗斯造出了口径为1.84米的反射式望远镜。 历史总在不断地前进，1913年，美国威尔逊天文台装备的反射 式望远镜口径增大到2.54米。由于望远镜口径的增大，致使人们对 宇宙的观测和研究也逐步深入起来。美国在1948年制造出了口径达5.08米的反射式望远镜，它那镀银的抛物面玻璃反射镜竟重达14.5 吨，这台望远镜被定置在帕洛马山天文台；1975年，苏联制造出了一台口径达6米的反射式望远镜，这台巨型望远镜仅转动部分就重达 800吨，是目前世界上最大的反射式望远镜。 沿着科学发展的现代望远镜 1930年，德国光学家施密特发明了折反射式天文望远镜，这台 望远镜装有设计十分奇特的改正透镜，其前面是平的，后面则是一个 中间凸两边凹的曲面，它可消除几种主要象差，以获得相对大的口径 及大的视场，用来拍摄天空广大区域。 现代望远镜的研制仍在继续，美国工程师雷伯是无线电爱好者， 1937年，他在芝加哥郊区的寓所后院，安装了一台直径为9.45米的抛物面反射器，以其代替透镜；1938年初，雷伯开始用它进行观 测，并接收来自太阳和其他天体的射电波，世界上第一台射电望远镜 研制成功。 第二次世界大战后，随着科学技术水平的日趋提高，射电望远镜 极大地扩展了人们的视野。巨碗似的天线能收集来自宇宙深处的微弱 电波，当电波由天线传入接收机后，接收机屏幕则将波形放大，并自 动记录供天文学家进行研究分析，由此揭开了一个又一个的宇宙之 谜。20世纪60年代，天文学家发现的星际有机分子、类星体、脉 冲星以及微波背景辐射等，都是射电望远镜创建的功绩。 为了揭开宇宙深处的奥秘，望远镜再创辉煌。美国在1962年策划了“空间望远镜”的研制。1990年4月25日，航天飞机“发现号” 将一台名为“哈勃”的空间光学望远镜发射进入太空轨道。这台空间望 远镜由光学望远镜、科学仪器舱及保障系统三大部分组成，其外形呈 圆柱形，长为13.3米，直径为4.3米，总重量达12.5吨，先进的航天技术可确保“哈勃”空间望远镜在太空中飞行15年。 空间望远镜避免了大气对天文观测的干扰，可以看到地面望远镜 7倍的深空、弱50倍恒星及扩展350倍宇宙空间，其灵敏度和分辨 率比地面望远镜强10倍，可为天文学家发现地面无法观测到的天体 现象和搜寻宇宙中出现的任何蛛丝马迹。 随着当代科学技术的飞速发展，我国古代的“千里眼”传说已不再是美妙的幻想，现代天文望远镜已将神话变成现实。