? ? ? ? 嘿，大家好，這里是“半月科普·天文史話”，我是阿氏圓。從本期節(jié)目開始，將由我陪伴大家一起學習有關天文學及其歷史中的有趣小知識，一起感受浩渺星空的奇妙和樂趣。

? ? ? ??從本質上講，天文學是一門觀測性科學。我們對宇宙現(xiàn)象的辛苦觀測，幾乎總是要先于我們對其本質的任何理論解釋。那么今天，我們就來聊聊觀測星空的工具之一——光學望遠鏡。

? ? ? ??1608年的夏天，一名叫做漢斯·利佩希的荷蘭眼鏡師傅將一塊凸透鏡和一塊凹透鏡一前一后地包裹在長長的圓筒內，正在調整前后鏡片的間距。這時，他湊近目鏡一瞧，發(fā)現(xiàn)遠處的景色突然被“拉近”了，變得十分清晰。他把這個發(fā)明命名為“窺探鏡”。同年10月，漢斯·利佩希取得了窺探鏡的發(fā)明專利，并且贏得了荷蘭國會的一筆獎金。

? ? ? ??第二年，也就是1609年，伽利略在作為威尼斯政府科學顧問的朋友薩比的支持下，也成功制作出了“窺探鏡”，并提高了它的放大倍率。之后，他把“窺探鏡”瞄準了月球，驚覺在亞里士多德心目中光滑無比的月亮，竟然是個表面坑坑洼洼的“麻子”。他把“窺探鏡”瞄準木星，日復一日地觀測，發(fā)現(xiàn)木星居然也有衛(wèi)星，而且有四顆衛(wèi)星！在這之前，人們只知道地球才有衛(wèi)星。為了紀念伽利略的這個發(fā)現(xiàn)，后人還把這4顆的木星衛(wèi)星稱為“伽利略衛(wèi)星”，按照離木星的間距由近到遠依次是木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四。

? ? ? ??故事講到這里，想必大家也都清楚了——上文所謂的“窺探鏡”，其實就是我們耳熟能詳?shù)摹巴h鏡”。

? ? ? ??20 世紀中葉之前，望遠鏡仍然只能觀測可見光。但此后的技術進步，已將我們觀測宇宙的視野拓寬到了電磁波譜的所有波段。有些望遠鏡建在地球上，有些則要放到太空中，因為針對光譜不同區(qū)域的望遠鏡，設計上的變化很大。然而，不論建造的細節(jié)如何，望遠鏡的基本目的都是收集電磁輻射，并將電磁輻射傳到探測器來進行詳細研究。

? ? ? ??回到我們這期視頻的主角兒，光學望遠鏡按光路設計分為反射式和折射式兩類。

? ? ? ??先來看看反射式望遠鏡。這，是一臺用曲面鏡來匯集光束的反射式望遠鏡，因為望遠鏡中包含的鏡子一般多于一個，所以其中的曲面鏡稱為“主鏡”。通過主鏡中心并與主鏡垂直的虛線，叫作“鏡軸”。而主鏡的作用，就是讓平行于鏡軸到達的所有光，經過反射后，通過同一個點，這個點就是“焦點”。主鏡和焦點的間距稱為“焦距”。

? ? ? ??再來看看折射式望遠鏡。折射式望遠鏡使用一個透鏡代替曲面鏡來聚焦入射光，它依賴于折射來實現(xiàn)目的。折射是指一束光線從一種透明介質進入另一種透明介質時光線發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。我們可以把透鏡看作許多棱鏡的組合，它們的作用就是讓所有平行于鏡軸入射棱鏡的光在折射后通過焦點。上文介紹的伽利略望遠鏡，就是典型的折射式望遠鏡。

? ? ? ??然而，隨著近年來望遠鏡尺寸的穩(wěn)定增大，與折射式望遠鏡相比，天文學家更加青睞于反射式望遠鏡，原因如下：

? ? ? ??第一，就像棱鏡將白光分為多色光那樣，折射式望遠鏡中的透鏡將紅光和綠光聚焦到不同的點，藍光的焦點更加靠近透鏡。這一缺陷稱為色差。仔細設計并選擇材料基本上可以修正這一問題，但很難完全消除，而且需要使用質量非常高的玻璃來制作鏡體。而反射式望遠鏡就不存在這一問題。

? ? ? ??第二，光通過透鏡時，一部分被玻璃吸收。對于可見光輻射而言，這是一個相對較小的問題，但對于紅外和紫外觀測而言則很嚴重，因為玻璃會阻擋電磁波譜中這些區(qū)域的大部分輻射。而反射鏡不受這一問題的影響。

? ? ? ??第三，大透鏡非常重。為了不阻擋入射光，望遠鏡只能在透鏡邊緣上進行支撐，而透鏡在自身的重力作用下則會發(fā)生形變。反射鏡就沒有這樣的缺點，因為可在其整個背部進行支撐。

? ? ? ??第四，透鏡的兩面必須精確加工與打磨，因此非常困難。反射鏡只有一個表面，因此要容易得多。

? ? ? ??綜上所述。現(xiàn)在所有的大型現(xiàn)代光學望遠鏡都是反射式的。

? ? ? ??回到我們視頻的開頭，當時我說“光學望遠鏡按光路設計分為反射式和折射式兩類”。誒，我猜彈幕上已經有機智的同學跳出來說啦，up up，你是不是忘了“折反射式望遠鏡”啊？我施密特—卡塞格林式和馬克蘇托夫—卡塞格林式折反式望遠鏡是不是不配擁有姓名?。堪∧俏蚁仍谶@里挖個坑，有興趣的同學可以在彈幕上扣個“1”，人多的話我們單獨開一期視頻來講講這種將折射系統(tǒng)和反射系統(tǒng)相結合的光學望遠鏡。

? ? ? ??北京時間2023年7月1日23時12分，歐幾里得空間望遠鏡搭乘美國太空探索技術公司SpaceX的“獵鷹9”火箭從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地升空。隨后，歐幾里得與火箭成功分離。歐洲航天局確認，已通過位于澳大利亞的地面站接收到來自歐幾里得的信號。在下期“半月科普·天文史話”中，我們將一起，重新踏上哈勃望遠鏡的征程，回顧空間望遠鏡三十多年來的篳路藍縷。

? ? ? ??好了，以上就是本期視頻的全部內容啦。我們下期視頻再見~

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參考資料

[1]（美）艾瑞克·簡森（Eric Chaisson），（美）史蒂夫·麥克米蘭（Steve McMillan），孫艷春 譯. 天文學與生活：原書第7版? [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2019? P63~P65

[2]江來；肖芬. 伽利略[M]. 北京：中國少年兒童出版社，2003.

[3]泰利斯科普；第三期：天文望遠鏡之分類說? https://zhuanlan.zhihu.com/p/156891731

[4]歐幾里得空間望遠鏡發(fā)射升空，開啟探索宇宙暗物質和暗能量 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_23702232

[5]沒有伽利略，高考考什么物理？https://mp.weixin.qq.com/s/GPyZn4A_o8K0ZLNUMeIsVg

[6]2手獵鷹9號成功發(fā)射“歐幾里德”空間望遠鏡? BV11X4y1v7sb