提起天文學，人們常感到非常的高深莫測。這是因為天文學在所有的科學門類中似乎是個特殊的存在。在其他學科中如果要做研究，我們可以走近觀察研究物件，也可以把標本或樣品拿到手做實驗，幾乎可以隨心所欲的探究它們的形態結構，以此來探討其本質。而天文學的研究物件位於大氣層以外的世界，它們離我們極其遙遠。我們不能把它們拿過來，甚至不能接觸它們，更談不上拿它們做實驗了，因此除現代科技發展出的極個別手段：如隕石研究，用探測器收集星塵月岩，火星土壤化驗等外，天文學的最主要的研究手段其實只有一種——觀測。

在伽利略以前，天文學家一直都是用肉眼觀測天空。那時，每代人看到的星空基本都是一樣的。太陽、月亮、5顆行星、全天6000多顆恆星，偶爾出現的彗星和新星等等。除此之外，人們不知道還有什麼其他的天體，或者這些已知的天體上還有什麼東西。古人出於測量的需要，發明了不少天文儀器，如中國的圭表、渾儀、簡儀，西方和阿拉伯世界的六分儀、象限儀、星盤、紀限儀等。但是古代的天文儀器只能測量天體的位置，並無助於看清天體的細節，也發現不了新的，看不見的天體。雖然隨著工藝水平的提高，這些儀器的觀測精度也會逐步增加。但由於肉眼解析度的限制，其精度到了一定程度就不可能再提高了，在17世紀初，觀測大師第谷製造的儀器已經達到了肉眼觀測精度的極限。繼續用肉眼觀測，不可能再取得明顯的進展。然而在第谷去世後僅僅7年，一種新的天文儀器就誕生了，它的出現才真正武裝了天文學家的眼睛，使天文學由古代跨入近代。它的不斷改進，使每代人都比前一代人用它看到了更多更遠的天體，這種儀器就是——望遠鏡。

第谷像

望遠鏡是一位磨鏡工人偶然發明的，在1608年，荷蘭某家眼鏡店的一個學徒工，偶然將兩片眼鏡片，一個遠視鏡片，一個近視鏡片，以適當距離放在眼前，發現這樣看遠處物體時物像會變大。於是，他把這奇妙的現象告訴了店主利波塞，利波塞是一位很有見識的人，他沒有斥責徒弟瞎添亂，而是接過鏡片繼續觀察，他發現這樣看遠處物體時，其物象不僅會變大，也看到了許多從遠處看不到的細節，這等於把物體的影像拉近了。他首先想到此物在軍事上會有用，因為可以在敵人看不清我們時，我們就看清敵人。於是他將兩個眼鏡片固定在一個筒子的兩端，稱這個古怪的玩意兒，為“looker”，進獻給荷蘭當局。這個儀器的奇妙效果一傳十十傳百，幾乎引起轟動，許多王公貴人都爭著爬上了望臺用它向大海窺望遠來的船隻。到了1612年，希臘的一位數學家將它起名為“telescope”，意為“遠看”。這個名字比較貼切的表明了它的功能，因此沿用至今。

伽利略像

1609年5月，正在尼斯作學術訪問的伽利略得知這個訊息後，怦然心動，趕緊結束行程，返回大學，思索了一個晚上，就悟出了其中的光路的奧秘。很快就動手做成了一架望遠鏡，他用一段空管子，一頭嵌上凸透鏡，另一頭嵌上凹透鏡。

伽利略製作的第一臺望遠鏡

可以把遠處物象放大三倍，很快他又做出一架放大20多倍的，用的都是單片兒的凹凸透鏡。伽利略的功績是：在別人誰也沒有想到時，他第一個把望遠鏡指向天空。這是1609年12月下旬的一個晴朗的晚上。這時他渴望知道的是透過望遠鏡觀看——等於是升上天空湊近了去看天體——那麼會看到什麼細節呢？會看到新的星體嗎？很快他的好奇心就得到了極大的滿足，他看到了月球的地形，太陽上的黑點，金星的盈虧，木星的衛星，銀河由無數恆星組成。這些發現成為轟動一時的新聞。當時稱哥倫布發現了新大陸，伽利略發現了新宇宙。從此隨著望遠鏡的逐步改良，人類對天體的知識一天比一天增加。這種最早發明的望遠鏡型別稱“伽利略式望遠鏡”，它以凸透鏡為物鏡，以凹透鏡作目鏡，其影象呈正向。這種鏡子雖然製造簡單，但缺點很多：它沒有實像，視場小，邊緣發暗。

在伽利略視望遠鏡出現後兩年，公元1611年，德國科學家開普勒提出了另一種望遠鏡設計方案。

開普勒像

物鏡和目鏡都用凸透鏡，原理是用凸透鏡形成實像，再用高倍的放大鏡去看這個實像。

開普勒的視力很差，既不擅長觀測，也不擅長動手製作，但別人將這種望遠鏡製成時，發現它遠優於伽利略式望遠鏡，人們就將其稱為開普勒式望遠鏡。它視場大，影象為實像，測量方便，美中不足的是影象呈倒像。

不過人們對天體畢竟不像對日常生活那樣有嚴格的正到觀念，所以觀測天體時，雖然看到的是倒像，也無大影響，對尋星跟蹤的除錯也很快就能適應，因此被天文學觀測廣泛使用。這樣伽利略式望遠鏡就慢慢退出了天文學觀測領域。而開普勒和伽利略式望遠鏡，都是以透鏡作為物鏡的，就被統稱為折射望遠鏡。

常聽有人問這臺望遠鏡能看多遠，這是外行人問的話，答案是：無窮遠，只要這個天體的光能到達這裡。從根本上說，望遠鏡主要有兩個作用，放大和增亮。在望遠鏡發明時，發明者首先意識到的是其放大作用看得多遠，相當於拉近了距離。伽利略把望遠鏡用於天文觀測，也首先想的是把天體拉近和放大，後來人們才知道像太陽，月亮，行星，星雲這樣的有視面體，是可以透過望遠鏡將其放大的，這樣能夠看到更多的細節。但恆星這樣的點光源無論怎麼放，即使在現有的技術之下也不會變大。那麼為什麼透過望遠鏡看到了那麼多恆星？這時科學家才注意到，望遠鏡還有增亮的作用，它可以將物鏡收集的光線全部射入人的瞳孔，所以人就覺得恆星變亮了，於是看到了許多肉眼看不到的恆星。人們又發現，物象透過望遠鏡被放大之後，也並不像人們真走近去看那樣，變得那麼清晰。也就是說物象放大後可能會變模糊。這就需要人們採取各種途徑使影象變清晰。提高分辨能力。隨著光學和相關技術的發展，人們發現望遠鏡的放大倍數是不能無限增加的，上限約在300~400倍，但其增亮作用和分辨能力則大有潛力可挖。只要將物鏡加大，二者就會增加，所以從此望遠鏡的物鏡越做越大。人們最關心的也不再是它能放大多少倍，而是它的極限星等。所以稱其為望遠鏡已不甚準確，因其增亮作用最重要，故稱其為“增亮鏡”似乎更準確。也正是人們努力追求放大，增亮，解析度的過程中，望遠鏡出現不同的型別，並不斷髮展競爭，不但大大武裝了天文學家的眼睛，也促進了光學，材料，工藝等相關領域的發展。

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