天文望远镜类型及结构

天文望远镜的类型及结构

其实可以看星星的望远镜都可以看做天文望远镜，其中用的最多的应当属于双筒望远镜，总体上可以分为两种：屋脊棱镜双筒，和保罗棱镜双筒。这是它们的结构：

它们都由三部分组成：目镜组，棱镜组，物镜组。可能会好奇棱镜组是干嘛的？棱镜想象一下三棱镜就知道了，可以改变光的路径，所以棱镜组其实是来改变光的路径从而实现使物像变为正像，这也是为什么双筒看到的是正像，而折射式天文望远镜是反像的，因为它没有棱镜组，因此我们会另外在目镜处加个正像棱镜（一般很少用）使他变成正像，以后会讲到。

这两款双筒我都有，用着感觉差不多，保罗式的感觉更加的沉稳，而且成像相对更亮更硬，当然屋脊式的成像就显得更真实，感觉星星就在你眼前的样子（距离感更近），总得来说我还是更喜欢用屋脊式的。

一：来讲讲双筒的好处

1.双筒是天文望远镜中视场最大的一种。何为视场？就是指透过望远镜可以看到画面的范围。比如说我的10x50的望远镜可以看到4.3度的视场，这就相当于三个指头长度再短一点点。

2.双筒望远镜相对于其他的望远镜更加便宜，小巧（除某些能和折射式望远镜媲美外）你可以随便什么姿势看，坐着躺着都行，而有三脚架的望远镜就做不到这点。

二：怎么选双筒望远镜？

1.一般一个口径在35mm以上就可以看星星了，当然口径越大画面就越亮，越清晰，当然也越贵。一般选50左右的口径，放大倍数在7倍左右，就是7x50的那种（其中7就代表放大倍数），视场还是选大一点好，太小感觉难受。比如我的两台双筒就是10～30x50（4.3度～2.2度的视场）和10x42的，相比之下我更喜欢后一台的，因为他的视场大，星星看到的多。

2.放大倍数不要太大，我的那台10～30x50的望远镜一般不会去用30倍的，要知道放的倍数越大，图像就越抖，手持的话你根本无法看清一颗星星，给它架个支架效果可能会好些……

下面来讲讲那些有支架的天文望远镜：

一：折射式天文望远镜

我觉得用的最多的也就是某宝上卖的最多的应该属于折射式天文望远镜。它可以分为两种：消色差式和复消色差式。下面是示意图

i.消色差式望远镜，这是一种历史最久远的望远镜，主镜由两块透镜构成，中间有空气薄层，做工还是要非常精密的，不过它有个缺点，会产生色差（由于透镜对不同颜色的光的焦距不相等造成的），实际上看星星什么的不是很明显，但观测月亮时候就会在月亮边，环形山边看到蓝紫色光晕（可能会不是很明显，不过照片拍出来就明显了），当然价格也是所有望远镜最便宜的了

ii.复消色差式望远镜，表面意思就是再次消除色差，使色差看不到，这结构就更精密了，当然价格也更贵，要用两三块很好的透镜和镀膜拼成主镜。这种相比于其他不是很常见，价格也比其他的贵好多，要几万块这样子。

实际上这类望远镜还可以分成伽利略型望远镜和开普勒型望远镜

1.伽利略型望远镜

谁都知道发明天文望远镜的是伽利略，所以这类型望远镜是历史最悠久的。从图上可以看出这类望远镜是一体的，主镜和目镜都在一个镜筒上，有点像现在的单筒望远镜，它是由一个较薄（低倍数）的凸透镜和一个较厚（高倍数）的凹透镜构成，镜筒里没有焦点，顺着光路可以看出它成正像。

不过要提一下，这类望远镜几乎没有用了，除了某些玩具外。

2.开普勒型望远镜

从结构上看应该是开普勒对伽利略型望远镜的改进版，有两组凸透镜组成，且中间有焦点，可以看出物像是成倒像的，那个小凸透镜其实是现在的目镜（另接的）所以就实现了可以配不同的放大倍数。当前几乎所有折射式天文望远镜都是开普勒型的。

当前有一种天文望远镜经常被学校天文社的使用，特别是天文界熟知的小黑，简直是标配——牛顿反射式天文望远镜（简称牛反），这种望远镜结构比较简单，比折射式的要容易制造，所以有些价格也比较便宜，很受天文爱好者喜爱。

通过名字就可以知道这种望远镜是牛顿发明的，其实他当时想造个折射式望远镜，但镜片总是磨失败，就决定用反射镜的原理造出了它。这类望远镜可以分成两种：赤道式和道布森装置。

1.赤道式

其实就是放在三脚架上的类型，结构如下图：

它是由两个反射镜两次反射使其在镜筒外成像，没有透过任何透镜，这样它就不会有色差。

很明显，它的镜筒是开放的，镜筒底部有个浅碗形镜面用来反射光线（主反射镜），一般这个镜面是镀铝、镀银的，因为这样反射性能更好。光线通过凹面镜反射会在镜筒顶某个位置上汇聚，所以要在这个位置前放个45度倾角的平面镜（第二次反射镜），来改变光路，使它能汇聚在调焦装置（缩焦器）上，通过改变接在成像平面的目镜从而改变它的放大倍数。

2道布森装置（简称dob）

它是天文学家约翰·道布森设计的，是现在中大型牛反式望远镜首选。

这类型就比较高级了，它是在上世纪70年代进入市场的，因为结构简单（就是几根棍子，一个主反射镜，一个次反射镜，再一个目镜孔构成的）但看上去特别有档次，而且主镜可以做的很大。某宝上一般都是8寸最多就16寸的，但是如果是一个25寸（635mm）的道布森装置，这已经属于大型天文望远镜了，它能看到一个眼球大的星系（这种可能要几十万了）。这是赤道式做不到的，不然三脚架早就跨了，要知道一个8寸的dob装置就有25kg。

它的原理和赤道式一样，目镜的位置都是在一侧，这种样式一般都是电跟的（遥控操作）不然操作真的有点难度。

说到它结构，因为简单，观测效果好，所以也成了技术流自制望远镜的首选（上图就是某人自制的）因为它是靠几个支架撑起来的拆装会比较麻烦，一般得1个小时，非常耽误观测时间，所以喜欢出门的爱好者不会选这个。

在天文观测上，牛反式的应用广泛，很多空间望远镜，天文台也都是使用牛反式，特别是dob装置比如哈勃太空望远镜，巴乐马山天文台的Hale天文望远镜，W.M. 凯克天文台的Keck天文望远镜，都是按牛反式原理制成。

当然还有一种望远镜将折射式和反射式结合，折反式天文望远镜，包括近几年开始流行起来的——施密特-卡塞格林式（施卡）和马克苏托夫-卡塞格林式（马卡）

这两类望远镜在某宝上越来越多，（望远镜其实更新的挺快，我刚买了一台望远镜，第二天就看到它出新的了）从字面上理解，这是由反射式和折射式望远镜综合而成的，所以总体性能也比这两类好点，有的价格也比较便宜，不过贵的得10几万（比如米德的ETX）。这类望远镜有个特点就是小的让人觉得可爱，镜筒比较短。

总体可以分成两类：施密特-卡塞格林式（施卡）和马克苏托夫-卡塞格林式（马卡）。它们都属于卡塞格林式望远镜，所以这是什么？

一.卡塞格林式望远镜

1672年卡塞格林发明了一种由两块反射镜的反射式望远镜，图右边的镜片是主镜，左边是副镜。

不难看出，光线在其中会经过两次反射，最终到镜筒外汇聚成焦点，这个焦点叫卡塞格林焦点。当然可以把副镜转45度使它焦点在镜筒侧面这样就成了类似于牛反的耐司姆斯望远镜。

一、施密特-卡塞格林式（施卡）

它发明的比马卡早，1938年由史密特发明的，和牛顿一样在磨镜片（不过他没失败）。磨出一个中间突两边凹的修正透镜（改变光路用的透镜），放在镜筒前光线透过镜片先发生向外弯曲，射到底部主镜的凹面镜后发生向内汇聚，恰好射到凸透镜上又发生反射到镜筒底，按照卡塞格林式开个口加个目镜就成施卡了。

上图是施卡的示意图，百度上说施卡比较便宜，然而某宝了便宜的一般都是马卡（时代可能变了）。施卡一般都是大口径了，所以像个大铁桶，一般专业级别的人会选择这种（前提是有钱），接的是类似于电子目镜，像直接呈现在电脑上（有点像施密特照相机），用的是导星镜（代替寻星镜，也是接电脑的，适用于确定暗天体如星云，星系的位置）。这款望远镜很适合深空观测，不过操作是所有望远镜最费劲的，目镜选择最多的一种。

下面简单的介绍一下他的结构：

1:修正透镜

其实它有三个功能，最主要的是为了矫正光学像差（这是个大概念前面提到的色差就是其中一种，这里主要是矫正球面像差，由在主镜边缘反射的光线最终不能汇聚在一点引起的，成像出现一个光斑的样子）。其次是为了密封镜筒，防止尘埃进入，然后污染了主镜（望远镜是个精密的仪器，有些污染可能效果会大大影响），同时还能支撑起副镜。

2.主镜

主镜其实和牛反式的一样，凹面镜有反射光线的作用，但是在主镜的中间多了跟长管，这是为了接收保护经副镜反射过来的光，同时还可以避免如果没有长管是镜筒外透过来的光的影响。

3、副镜

和牛反不同，副镜是个凸面镜，能把光聚集起来反射到目镜孔处，这个是镜可以调节光轴（反射方向）的，这个一定要调准，不然呈像挺难看的。

二、马科苏托夫-卡塞格林式（马卡）

马卡现在火起来了（有些书上讲还没普及，因为书比较早）。这款望远镜是俄罗斯人马科苏托夫发明的，结构和施卡差不多一样。

由上图可以看到这款望远镜和施卡最大的不同是多了个弯月纠正镜（像月亮一样弯弯的），从侧边看起来有点是内陷的，这样可以使光线透过发生曲折，从而减少像差（类似于施卡的修正透镜）。

其实望远镜的种类还有很多，不说各种大型望远镜，空间望远镜，射电望远镜，单是卡塞格林式的就有十几种样式，但都是同一个原理，大同小异。以上三篇介绍的是市场上有卖的几款望远镜的样式，讲的比较简单，有些人可能已经有所了解了。

关于望远镜和计算机的技术，这里就不说天文台的大型望远镜的计算机技术了，我想说一下现在渐渐普及的GoTo系统。这是个新事物，刚开始是非常贵的，现在连我的这种几千块的望远镜都自带这个系统了。

说简单点它就是个自动寻星系统，实现找星星自动化。GoTo系统可以在几分钟内完成对时间，地点，关于望远镜的设置，可以在几秒钟内找到你所想要的星星，星团，星座。它的数据库里藏有几千个天体数据，只要时间地点设置准确，保证找对！

要知道天文观测是非常需要掌握确切时间的，因为天穹时候随时间旋转的，当然地点更重要，不同的地方看到的星星也不同，那北极星来说吧，北纬60度的地方看到北极星就距地面60度，北纬二十度的地方看到北极星距地面就20度，天空哪会一样呢？所以如何设置准时间地点？

要知道GoTo系统自带GPS接收器，它可以将望远镜的位置精确到几米，时间精确到几分之一秒（为什么时间要这么精确？因为这是通过望远镜看的，受镜片的限制而且天象是会移动的，只要几秒钟目标就会在视线内消失）

除了GPS定位，它还有一种方法获得位置，类似于卫星的三星定位原理，只要知道三颗亮星的位置，就可以推算出地球上的位置，也就是说分别对准三颗亮星星（可以是月亮），然后按“对准”就可以了，前提是三颗星星距离尽量的远（比如一个东，一个南，一个北）。

这个系统更适合装在中大型的望远镜，比如dob装置这种不易操作的，像我的这种小型望远镜就有点多余。

上图就是GoTo系统的主机，其实像是个计算机，用专门的遥控器操作，这种支架结构叫地平式（一般用在中大型望远镜和带电跟的）可以看到这个主机上有两个刻度盘，一个标示经度，一个是纬度（高度）主要用于记录数据。

GoTo系统可以给我们带来自动化寻星，提高了看星星的效率但是另一方面也使看星星成了目标化，其实看星星的乐趣在于找星星，用眼睛，用寻星镜瞄准，用望远镜调焦观察，这个原始的方法可以让我们享受到找到星团，星系，星云的乐趣，这是作为一个星空猎人最单纯的方式。

其实看星星很大一部分时间在于找星星，当找星星可以被自动化代替时，那么看星星也就会变得无趣，没几天就会看腻。所以我总是给他调成手动的，自己遥控，借助星图找自己想看的天体，自己操控漫天巡游饱览星光。

有一次我为了找到一个星系调了半小时，最后成功的看到了它的光斑，虽然只看了没几分钟，但我还是觉得很有意义，因为我找到它了。

这可能就是高级的快乐吧……

吕坚豪原创

由四小篇合集而成