雙筒望遠鏡的發明
17世紀初的壹天,荷蘭密特爾堡鎮壹家眼鏡店的主人科比斯赫,他為檢查磨制出來的透鏡質量,把壹塊凸透鏡和壹塊凹鏡排成壹條線,通過透鏡看過去,
發現遠處的教堂的塔好象變大而且拉近了,於是在無意中發現了望遠鏡原理。1608年他為自己制作的望遠鏡申請專利,並遵從當局的要求,造了壹個雙筒望遠鏡。據說密特爾堡鎮好幾十個眼鏡匠都聲稱發明了望遠鏡,不過壹般都認為利比赫是望遠鏡的發明者。
望遠鏡發明的消息很快在歐洲各國流傳開了,意大利科學家伽利略得知這個消息之後,就自制了壹個。第壹架望遠鏡只能把物體放大3倍。壹個月之後,他制作的第二架望遠鏡可以放大8倍,第三架望遠鏡可以放大到20倍。1609年10月他作出了能放大30倍的望遠鏡。
伽裏略用自制的望遠鏡觀察夜空,第壹次發現了月球表面高低不平,覆蓋著山脈並有火山口的裂痕。此後又發現了木星的4個衛星、太陽的黑子運動,並作出了太陽在轉動的結論。
幾乎同時,德國的天文學家開普勒也開始研究望遠鏡,他在《屈光學》裏提出了另壹種天文望遠鏡,這種望遠鏡由兩個凸透鏡組成,與伽利略的望遠鏡不同,比伽利略望遠鏡視野寬闊。但開普勒沒有制造他所介紹的望遠鏡。沙伊納於1613年—1617年間首次制作出了這種望遠鏡,他還遵照開普勒的建議制造了有第三個凸透鏡的望遠鏡,把二個凸透鏡做的望遠鏡的倒像變成了正像。沙伊納做了8臺望遠鏡,壹臺壹臺地雲觀察太陽,無論哪壹臺都能看到相同形狀的太陽黑子。因此,他打消了不少人認為黑子可能是透鏡上的塵埃引起的錯覺,證明了黑子確實是觀察到的真實存在。在觀察太陽時沙伊納裝上特殊遮光玻璃,伽利略則沒有加此保護裝置,結果傷了眼睛,最後幾乎失明。
荷蘭的惠更斯為了提高望遠鏡的精度在1665年做了壹臺筒長近6米的望遠鏡,來探查土星的光環,後來又做了壹臺將近41米長的望遠鏡。
使用物鏡和目鏡的望遠鏡稱為折射望遠鏡,即使加長鏡筒,精密加工透鏡,也不能消除色象差,1668年英國科學家發明了反射式望遠鏡,斛決了色象差的問題。第壹臺反望遠鏡非常小,望遠鏡內的反射鏡口徑只有2.5厘米,但是已經能清楚地看到木星的衛星、金星的盈虧等。1672年牛頓做了壹臺更大的反射望遠鏡,送給了英國皇家學會,至今還俁存在皇家學會的圖書館裏。
牛頓曾認為折色象差不可救藥,後來,證明過分悲觀。1733年英國人哈爾制成壹臺消色差折射望遠鏡。1758年倫敦的寶蘭德也制成同樣的望遠鏡,他采用了折光原則不同的玻璃分別制造凸透鏡和凹透鏡,把各自形成的有色邊緣相互抵消。
反射式望遠鏡存在天文觀測中發展很快,1793年英國赫瑟爾制做了反射式望遠鏡,反射鏡直徑為130米,用銅錫合金制成,重達1噸。1845年英國的洛斯制造的反射望遠鏡,反射鏡直徑為1.82米。1913年在威爾遜山天文臺反望遠鏡,直徑為254米。1950年在帕洛瑪山上安裝了壹臺直徑5.08米反射鏡的反射式望遠鏡。1969年在蘇聯高加索北部的帕斯土霍夫山上裝設了直徑為6米的反射鏡,現在大型天文臺大都使用反射式望遠鏡。
二、目前世界上最大的望遠鏡
馬普學會發表新聞公報說,安裝在美國亞利桑那州海拔3190米高的格雷厄姆山上的大型雙筒望遠鏡(LBT)經過了8年的計劃和建造 ,於2004年10月16日正式落成。這個天文望遠鏡建成後將成為世界上最大的單個天文望遠鏡,整個項目***耗資1.2億美元。格雷厄姆山遠離大城市的燈光,水汽或塵埃也很少,在天文學家眼裏是理想的觀測地點。
光學望遠鏡用於聚光的鏡面大小至關重要,鏡面面積越大,觀測到微弱物體的能力越強。LBT兩個凹鏡直徑分別達8.4米,總面積加起來可達110平方米。兩面凹鏡片的表面加工精度非常高,它們安裝在壹個整體上,可以同時對準要觀察的目標天體,借助光線幹涉原理,所獲圖像的清晰度可與23米直徑的鏡片相當。它是壹個單壹整體,因此稱為世界最大的單個望遠鏡。有些龐大的射電望遠鏡是由許多臺小望遠鏡組成的陣列,並非單個望遠鏡。
三、望遠鏡的分類
廣義上的望遠鏡不僅僅包括工作在可見光波段的光學望遠鏡,還包括射電,紅外,紫外,X射線,甚至γ射線望遠鏡。
1609年,伽利略制造出第壹架望遠鏡,至今已有近四百年的歷史,其間經歷了重大的飛躍,根據物鏡的種類可以分為三種:
1,折射望遠鏡
折射望遠鏡的物鏡由透鏡或透鏡組組成。早期物鏡為單片結構,色差和球差嚴重,使得觀看到的天體帶有彩色的光斑。為了減少色差,人們拼命增大物鏡的焦距,1673年,J.Hevelius制造了壹架長達46米的望遠鏡,整個鏡筒被吊裝在壹根30米高的桅桿上,需要多人用繩子拉著轉動升降。惠更斯幹脆將物鏡和目鏡分開,將物鏡吊在百尺高桿上。直到19世紀末,人們發明了由兩塊折射率不同的玻璃分別制成凸透鏡和凹透鏡,再組合起來的復合消色差物鏡,才使得這場長度競賽得到終止。
折射望遠鏡分為伽利略結構和開普勒結構兩類。其中,伽利略結構歷史最悠久,其目鏡為凹透鏡,能直接成正立的像,但是視場小,壹般為民用 的2~4倍的兒童玩具采用。而絕大多數常見的望遠鏡都是開普勒結構,其目鏡壹般是凸透鏡或透鏡組,由於其光路中有實象,可以安裝測距或瞄準分劃板用來測量距離。但是簡單的開普勒結構所成的像是倒立的,需要在光路內加上正像系統使其正過來,常見的正像系統為普羅棱鏡或屋脊棱鏡,既起到正像的作用,又使光路折回,縮短整機長度。
2,反射望遠鏡
該類鏡最早由牛頓發明,其物鏡是凹面反射鏡,沒有色差,而且將凹面制成旋轉拋物面即可消除球差。凹面上鍍有反光膜,通常是鋁。反射望遠鏡鏡筒較短,而且易於制造更大的口徑,所以現代大型天文望遠鏡幾乎無壹例外都是反射結構。
反射望遠鏡的結構裏,除了主物鏡外,還裝有壹或幾個小的反射鏡,用來改變光線方向便於安裝目鏡。由於反射式望遠鏡的入射光線僅在物鏡表面反射,所以對光學玻璃的內部品質比折射鏡要求低。1990年,美國在夏威夷建成當時口徑最大的凱克望遠鏡,該鏡采用了壹些前所未有的新技術:⑴主物鏡由36面六邊形薄鏡片拼和而成,厚度僅為10厘米。⑵有計算機控制背面直撐點,補償重力引起的形變。⑶能通過改變鏡面曲率補償大氣擾動。這些新技術的采用使得人類發射太空望遠鏡的要求不再迫切。
3,折反射望遠鏡。
折反射望遠鏡的物鏡是由折射鏡和反射鏡組合而成。主鏡是球面反射鏡,副鏡是壹個透鏡,用來矯正主鏡的像差。此類望遠鏡視場大,光力強,適合觀測流星,彗星,以及巡天尋找新天體。根據副鏡的形狀,折反射鏡又可以分為施密特結構和馬克蘇托夫結構,前者視場大,像差小;後者易於制造。
四、我國的望遠鏡
流入我國的第壹具望遠鏡是明天啟6年(1626年)由德國傳教士湯若望攜帶入京的。湯若望和李祖白兩人***同翻譯了《遠鏡說》壹書,把西方望遠鏡的制作方法介紹到中國。崇禎2年(1629年),大學士徐光啟奏請裝配3具望遠鏡來測天象,由湯若望監制的望遠鏡崇禎皇帝還去看過。中國民間較早獨立制造望遠鏡,見諸記載的是明末蘇州人孫雲球。據康熙《吳縣誌》載,登上虎丘用孫雲球自制的“千裏鏡”試看,“遠見城中樓臺、塔院、若接幾席,天平、靈巖、穹窿諸峰,峻贈蒼翠萬,象畢見。”中國最早將望遠鏡用於軍事的則是明末蘇州人薄玨,“崇禎中,流寇犯安慶,巡撫張國維令玨造銅炮,設千裏鏡視敵遠近,所當者輒糜爛。”薄玨創造性地把望遠鏡放置在自制的火炮上提高了射擊精度。
清代特別是鴉片戰爭之後,外國的望遠鏡逐漸進入中國。
1937年5月,國民黨軍政部兵工署軍用光學器材廠籌務處按照荷蘭的圖紙資料,在3個月的時間內仿造出荷 蘭式3倍直筒望遠鏡樣品。同年,柏林大學公費留學生龔祖同奉命到德國亨索爾茨廠實習,在威德特教授的指導下,與金廣路壹起設計了6×30(即放大倍率6倍,物鏡直徑30mm)雙筒軍用望遠鏡。1939年1月,昆明22兵工廠(後與51兵工廠合並改為53兵工廠)開始試制雙筒望遠鏡。3個月後,試裝出中國第壹具雙筒軍用望遠鏡。
在抗日戰爭前,國民黨軍隊不僅戰術思想師法德國,連武器裝備也是由德國進口或仿德國制造。望遠鏡也不例外,從德國引進較多的是著名的“蔡司”望遠鏡。
無論是國民黨軍的“中正式”還是不同時期進口的德國、美國以及英國和加拿大的軍秀望遠鏡,都曾被我人民解放軍大量繳獲,成了為我所用的戰利品。抗日戰爭中,我軍繳獲侵華日軍6倍軍用望遠鏡多種,其中標明“富士”的日本望遠鏡,其實是德國“蔡司”的翻版,我八路軍——五題首戰平型關即繳獲日軍根據板垣師團第21旅團裝備的此種望遠鏡。
新中國建立初期,我人民解放軍裝備的望遠鏡多是引進蘇聯、捷克和民主德國的,如50年代進口蘇聯的Б-6(6×30)和Б-8(8×30)望遠鏡,捷克的ХЪК6×30、30ХЪК8×30望遠鏡,以及民主德國耶拿(JENA)制造的“蔡司”6×30、8×30及7×50、10×50、15×50幾種望遠鏡,50年代,中國進口的軍用望遠鏡,無論是光學系統還是外觀,德國“蔡司”最好,蘇聯次之。
60年代初,我國的望遠鏡也同其他武器裝備壹樣,走自行設計生產的道路,我國自行生產了62式15×50望遠鏡 。這3種國產軍用望遠鏡與眾不同的是棱室前護蓋上裝有固定的幹燥器,特別是62式8倍觀察望遠鏡的左物鏡後焦面裝有壹個感光屏,通過目鏡可以看到紅外光源的影像即可觀察到敵方使用紅外夜視器材的情況。近年來我國采用先進技術,又為部隊設計生產了GG88-212型12倍及Y/GG95-7型7倍望遠鏡。這兩種望遠鏡除密封性能好、光力強之外,還在測量分劃中增加了視距曲線,可迅速讀出目標的概略距離。
五、軍用望遠鏡簡述
軍鏡用於觀察戰場、研究地形地物和偵察目標;還可用右目鏡中的密位分劃進行簡易測量。
望遠鏡的放大倍率壹般分三等:中倍率(6-10倍)、大倍率(10-20倍)和變倍率(德式20-40倍,國產25-40倍)。軍用望遠鏡過去以6倍、8倍居多,現在7倍的軍用望遠鏡頗為流行(理由為人的目視距離約7km)。
參考資料: