谁发明了望远镜

虽然有很多发明家为物体的发明做出了贡献，但发明家的功劳总是归功于第一个制造出该物体并实际使用的人。望远镜也是由许多发明家开发的，但功劳归于荷兰玻璃制造商 **汉斯·利珀西**。

什么是望远镜？

它是一种用于观看远方物体的设备。在望远镜中，透镜和弯曲的镜子排列在一起，能够收集光线并放大图像，从而使远方的物体看起来非常近。望远镜使远方物体显得更近，所以基本上它是一种天文学家用来看远方物体的工具。望远镜一词源自希腊语“tele”（意为“远”）和“skopein”（意为“观看”），因此“teleskopos”的意思是“远视”。

望远镜的发展

让我们来讨论一下望远镜的重要发展。

a.早期发展

透镜的使用可以追溯到古希腊时期，当时 **托勒密** 阐述了光的性质。他解释了光的 **反射、折射** 和 **颜色**。然而，直到 **十三世纪**，在意大利制造眼镜后，透镜才开始得到 proper 的使用，而 **汉斯·利珀西** 则是制造眼镜的人。在 **1451 年，尼古拉斯·库萨** 发明了使用 **凹透镜** 来矫正近视。

1.荷兰望远镜的发明

在 **1608 年，荷兰眼镜制造商汉斯·利珀西** 申请了一项专利，该专利涉及他发明的可以使远处物体看起来更近、更大的仪器。但仅仅几周后，**荷兰仪器制造商雅各布·梅修斯** 也提交了专利申请。然而，没有人获得专利，但利珀西从荷兰政府那里获得了一份复制他设计的合同。在荷兰望远镜中，凹透镜和凸透镜的排列方式使其无法放大图像，因为它只有 **3 倍** 的放大倍率。

2.几位科学家对望远镜进行的实验

望远镜发明的消息传遍了欧洲，许多科学家开始进行实验，例如，英国数学家和天文学家 **托马斯·哈里奥特** 在 **1609 年** 制造了一台六倍望远镜来观察月球的特征。

b.望远镜的重要发展

1.伽利略·伽利莱

**威尼斯人伽利略·伽利莱** 设计并制造了自己的望远镜。伽利略的望远镜由一个铅管组成，管的两端固定着凹透镜和凸透镜。这种望远镜被称为 **伽利略望远镜**。伽利略的第一台望远镜有 **3 倍** 的放大倍率；改进后，他制造了 **8 倍** 的，最终他制造了一米长的，具有 **37 毫米** 物镜和 **23 倍** 放大倍率。 **望远镜** 这个词最早是由希腊诗人 **乔瓦尼·德米西亚尼** 命名的。正是伽利略的仪器被首次冠以望远镜的称号。他向 **威尼斯参议院** 展示了他的仪器。演示后，他在 **帕多瓦大学** 获得了讲师职位。他发现了许多天体，因为他是第一个用望远镜观察天空的人。他发现了月球上的陨石坑和山脉、银河系、土星环、太阳黑子以及金星的相位。他写了 **《关于两个主要世界系统的对话》**。后来，由于他的思想被视为异端，他被判处居家监禁；但他一直工作到 **1642 年** 去世。

2.开普勒望远镜

后来，通过一些修改，一种新型折射望远镜得到了实验。 **约翰内斯·开普勒** 在 **1611 年** 首次解释了理论并开发了一种由凸透镜和凸目镜透镜（由两个凸透镜组成）组成的望远镜。这种望远镜的名字是 **catoptrics（反射镜学）**。在这台望远镜之后，许多科学家都研究了开普勒的理论并进行了许多改进。**耶稣会士克里斯托夫·舍纳** 是第一个建造这种设计望远镜的人，其描述在他的 **《Rosa Ursine》（1630 年）** 中有所提及。 **威廉·加斯科因** 是第一个理解开普勒望远镜重要性并阐述其优点的人。在这台望远镜中，可以将一个小物体固定在透镜的公共焦点上。他为天文仪器发明了测微计。在他之后，**克里斯蒂安·惠更斯** 对开普勒望远镜进行了一些改进，并于 **1655 年** 建造了第一台强大的复式目镜望远镜。该望远镜的直径为 **2.24 英寸（57 毫米）**，焦距为 **12 英尺（3.7 米）**。借助这台望远镜，他在 **1655 年** 观测了土星并发现了它 **最明亮的** 卫星 **“泰坦”**。他在他的著作 **《Systema Saturnium》** 中绘制了土星环，并在其中解释了土星环。此外，由于开普勒望远镜成像清晰度有限，一种新的改进——超长焦距——被创造出来。 **乔瓦尼·卡西尼** 使用一台 **35 英尺（11 米）** 长的望远镜，在 **1672 年** 发现了土星的 **第五颗** 卫星 **“瑞亚”**。

3.航空望远镜

后来，在 **1675 年**，**克里斯蒂安和康斯坦丁·惠更斯** 两兄弟制造了一种非常长的无管折射望远镜。它被称为 **航空望远镜**。望远镜的直径为 **8.5 英寸（220 毫米）**，焦距为 **210 英尺（64 米）**。这些航空望远镜主要用于天文学，因为卡西尼在朱塞佩·坎帕尼（Giuseppe Campani）的航空望远镜（焦距为 **100 英尺和 136 英尺**）的帮助下，于 **1684 年** 发现了土星的 **第三颗和第四颗** 卫星。

4.牛顿望远镜

用于成像，曲面镜的想法很早就存在了。意大利天文学家 **尼科洛·祖基** 在他于 **1652 年** 出版的著作 **《Optica Philosophia》** 中解释了他的实验。他解释说，在 **1616 年**，他用 **青铜凹面镜** 代替折射望远镜中的透镜进行了实验。后来，一些科学家在反射望远镜中进行了镜面实验。但在该领域，**艾萨克·牛顿** 是第一个在 **1668 年** 建造第一台功能齐全的反射望远镜的人，该望远镜后来在天文学领域占主导地位。经过大量和广泛的实验，他使用了 **“牛顿望远镜”** 的概念。他在主镜的焦点附近放置了一个二次斜镜，以便图像能够以 **90 度** 的角度反射到固定在望远镜侧面的透镜上。他第一台望远镜的镜面直径为 **1.3 英寸**，焦比为 **f/5**。通过这个实验，他可以看到木星的伽利略卫星和金星的相位。他进行了进一步改进，制造了一台 **38 倍** 放大倍率的第二台望远镜，并于 **1672 年** 将其呈现给 **伦敦皇家学会**。这种望远镜被称为 **牛顿望远镜**。

后来，在 **1672 年**，**洛朗·卡塞格林** 制造了第三种反射望远镜。它由一个凸双曲面次镜组成，该次镜将光线反射通过主镜的中心孔。此后，反射望远镜的改进花费了很长时间。在 **1721 年，八分仪的发明者约翰·哈德利** 进行了新的改进，并建造了第一个抛物面牛顿反射镜，直径为 **6 英寸**，焦距为 **62 3/4 英寸**。 **威廉·赫歇尔** 进行了大量实验，最终于 **1789 年** 建造了他最大的反射望远镜，镜面直径 **49 英寸**，焦距 **40 英尺**。这种设计被称为 **赫歇尔望远镜**。借助这台望远镜，他发现了土星的 **第六颗** 卫星“恩塞拉多斯”以及第七颗“米玛斯”。然而，在接下来的 50 年里，这是世界上最大的望远镜，但由于操作困难，使用频率较低。1845 年，第三代罗西伯爵威廉·帕森斯开发了一台牛顿反射镜。这台望远镜长 72 英寸，被称为“帕森斯镇的利维坦”。通过这台望远镜，他发现了 **螺旋星系**。

然而，尽管反射望远镜设计具有优势，但它也有一些缺陷，例如反射率差和镜面易氧化，因此需要频繁拆卸和重新抛光镜面。这个过程耗时，而且可能会改变镜面的曲率，需要重新整形以校正形状。

5.消色差折射望远镜

在 **1733 年，切斯特·摩尔·霍尔** 成功地用消色差透镜制造了第一台 **消色差折射望远镜**。这些透镜减少了物镜的缺陷，物镜无法产生清晰的图像。在 **1758 年，约翰·多隆** 尝试了这种方法并开发了望远镜，并使其商业化。随着快速的改进，**到 1866 年**，制造了几台更大的折射望远镜。这些望远镜的孔径为 **18 英寸**。 **1897 年**，建造了一台叶凯士天文台 **40 英寸** 的折射望远镜。这是最大的折射望远镜，因为此后，由于重力对透镜的影响，无法制造比折射望远镜更大的望远镜。

6.卡塞格林反射镜

此外，在 **1857 年，莱昂斯·富科** 建造了一台带有镀银玻璃镜面的望远镜，并在 **1932 年** 使用了持久的铝涂层反射镜。此外，在 1910 年，**理奇-克里斯蒂安** 引入了一种不同的变体，即卡塞格林反射镜，但直到 **1950 年** 之后才被广泛采用。后来，在此基础上建造了许多望远镜。**哈勃空间望远镜** 就是其中之一。

7.反射望远镜中的主动光学和自适应光学

在 **20 世纪 80 年代**，在反射望远镜中使用了两种新技术，即主动光学和自适应光学，以提高图像质量。这些是计算机控制的望远镜。该方法由 **ESO 的新技术望远镜** 开发。借助主动光学，在 **20 世纪 90 年代** 建造了巨大的望远镜，例如：**1993 年的凯克望远镜（10 米/390 英寸）、双子座望远镜、甚大望远镜和双筒望远镜**。此外，尽管自适应光学最早由 **霍拉斯·W·巴布科** 于 **1953 年** 进行了实验，但当时并未用于普通天文用途。直到 **20 世纪 90 年代** 计算机技术普及后才开始用于普通用途。它使用多台激光器进行开发，并且工作频率高于千赫兹，以获得更好的可见光波长。

波长望远镜

波长望远镜可分为：

1.射电望远镜

在 **二十世纪**，开发了一种使用波长来产生图像的新型望远镜。开发了多种类型的望远镜，用于广泛的波长，例如：**射电、伽马射线、X 射线** 和较长的 **红外线**。 **1931 年**，**卡尔·古特·扬斯基** 发现 **无线电波** 来自银河系，这标志着它的开始。随后，**格罗特·雷伯** 在扬斯基发现的基础上，于 **1937 年** 建造了一台更先进的 **射电望远镜**，其碟形天线直径为 **31.4 英尺（9.6 米）**。借助它，他发现了天空中几个射电源。第二次世界大战后，建造了各种射电望远镜，例如：**1957 年的乔德雷尔 banco（250 英尺/76 米）、1962 年的格林班克（300 英尺/91 米）、1971 年的埃菲尔斯贝格（100 米/330 英尺）以及最大的 1963 年的阿雷西博望远镜（1000 英尺/300 米）**。**1964 年** 发现了宇宙微波背景辐射。微波是高能无线电波。

2.红外望远镜

此外，大型 **毫米波望远镜（850-4000 米）** 工作在 **0.85 至 4 毫米** 之间，是远红外/亚毫米波望远镜和长波长射电望远镜之间的桥梁。一些重要的 **红外望远镜** 是 **UKIRT（3.8 米/150 英寸）** 和 **IRTF（3 米/120 英寸）**。红外天文学在 **1983 年 IRAS 卫星** 发射后得到了革命性的发展。这台 **60 厘米（24 英寸）** 反射镜望远镜对整个天空进行了 **九个月** 的观测。它探测到了 **245,000** 个红外源。

3.紫外和 X 射线天文学

**紫外辐射** 被臭氧层吸收，因此紫外天文学是通过卫星进行的。国际紫外探测器（International Ultraviolet Explorer）以 **45 厘米（18 英寸）** 的孔径望远镜对天空进行了 **18 年** 的观测。之后，**极紫外** 天文学（**10-100 纳米**）被引入。这种天文学借鉴了 **X 射线** 天文学的多种方法。由于 X 射线无法到达地球表面，因此它是在地球大气层上方进行的。X 射线天文学始于亚轨道火箭飞行实验。通过他 **1948 年** 的实验，在太阳中探测到了 X 射线，并于 **1962 年** 发现了银河系中的 X 射线源。**Uhuru** 是 **1970 年** 开发的第一颗 X 射线卫星。它发现了多达 **300** 个 X 射线源。此后，建造了多颗 X 射线卫星。其中最新的有 **钱德拉（1999 年）** 和 **牛顿（1999 年）**。

4.伽马射线天文学

在 X 射线之后，**伽马射线** 天文学被引入。由于这些射线也被地球大气层吸收，因此这种天文学也是通过卫星进行的。**1967 年**，在 **OSO3 卫星** 发射后，伽马射线天文学开始。后来开发了多颗伽马射线卫星，其中 **康普顿伽马射线天文台（1991 年）** 是最强大的，因为它能够探测高能的伽马射线。通过 **切伦科夫辐射**，可以从地面探测到非常高能的伽马射线。一些切伦科夫成像望远镜有；**HEGRA（1987 年）、STACEE（2001 年）、HESS（2003 年）** 和 **MAGIC（2004 年）**。

测量恒星直径的技术

为了测量恒星的直径，开发了 **傅里叶变换**。这项技术被称为 **天文干涉测量法**。这项技术最早由 **阿尔伯特·A·迈克尔逊** 于 **1891 年** 使用。他测量了木星卫星的直径。在 **1921 年**，迈克尔逊和弗朗西斯·G·皮斯能够借助他们的干涉仪测量恒星的直径。在 **1946 年，莱尔** 和 **冯伯格** 建造了迈克尔逊干涉仪的 **无线电模拟版**。这种望远镜可以通过地球的运动来扫描天空。在 **1980 年**，孔径合成方法在红外天文学方面取得了重大改进，使其能够看到最近恒星的高分辨率图像。后来，这项技术被应用于多个其他天文望远镜阵列。在 **2008 年**，**马克斯·泰格马克** 和 **马蒂亚斯·扎尔达里亚加** 提出了 **快速傅里叶变换望远镜**。在这种望远镜中，所有透镜在变换过程中都被省略。

望远镜的类型

基本上，望远镜有 **三种** 类型。

1. **折射镜（Refractors）：** 在这种望远镜中，使用透镜将光线弯曲到焦点。它很长，有助于光线穿过镜筒到达透镜。如果折射望远镜的透镜更大，光学镜筒会产生更长的图像。然而，大尺寸的透镜比小尺寸的更昂贵，因为在生产过程中，大尺寸透镜的最高质量和成本都会增加。由于这些原因，大多数折射望远镜的尺寸都比其他望远镜小。它的尺寸使这种望远镜更具商业性，因为它易于从一个地方携带到另一个地方。
   
2. **反射镜（Reflectors）：** 在这种望远镜中，使用镜子将光线反射到 **焦点**。与折射望远镜不同，在这种望远镜中，光线到达镜面或覆盖相同距离所需的时间更短，因为它不像折射望远镜那样直线穿过镜筒。这种望远镜的价格比折射镜便宜，因为生产大尺寸镜子的成本比生产大尺寸透镜的成本低。这些反射望远镜的特性使其比折射镜更受欢迎。
   
3. **折反射镜或复合镜（Catadioptric or compound scopes）：** 在这种望远镜中，同时使用透镜和镜子。这种望远镜兼具反射镜和折射镜的优点，因为它是由镜子和透镜的组合制成的。尺寸较小，因此比其他两种望远镜更方便携带。它也有许多不同的设计，其中一些是 **施密特-卡塞格林** 和 **马克苏托夫-卡塞格林**。它比其他两种望远镜需要的维护更少，并且可以使用更长时间。因此，总的来说，它在所有方面都更方便，也更适合所有人。