望远镜的基本原理

望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。一般分为三种。一、折射望远镜，是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，对两个特定的波长完全消除位置色差，对其余波长的位置色差也可相应减弱

在满足一定设计条件时，还可消去球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影响，双透镜物镜的相对口径较小，一般为1/15-1/20，很少大于1/7，可用视场也不大。口径小于8厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起，称双胶合物镜，留有一定间隙未胶合的称双分离物镜。为了增大相对口径和视场，可采用多透镜物镜组。对于伽利略望远镜来说，结构非常简单，光能损失少。镜筒短，很轻便。而且成正像，但倍数小视野窄，一般用于观剧镜和玩具望远镜。对于开普勒望远镜来说，需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像，使眼睛观察到的是正像。一般的折射望远镜都是采用开普勒结构。由于折射望远镜的成像质量比反射望远镜好，视场大，使用方便，易于维护，中小型天文望远镜及许多专用仪器多采用折射系统，但大型折射望远镜制造起来比反射望远镜困难得多，因为冶炼大口径的优质透镜非常困难，且存在玻璃对光线的吸收问题，所以大口径望远镜都采用反射式

二、反射望远镜，是用凹面反射镜作物镜的望远镜。可分为牛顿望远镜

卡塞格林望远镜

等几种类型。反射望远镜的主要优点是不存在色差，当物镜采用抛物面时，还可消去球差。但为了减小其它像差的影响，可用视场较小。对制造反射镜的材料只要求膨胀系数较小、应力小和便于磨制。磨好的反射镜一般在表面镀一层铝膜，铝膜在2000-9000埃波段范围的反射率都大于80%，因而除光学波段外，反射望远镜还适于对近红外和近紫外波段进行研究。反射望远镜的相对口径可以做得较大，主焦点式反射望远镜的相对口径约为1/5-1/2.5，甚至更大，而且除牛顿望远镜外，镜筒的长度比系统的焦距要短得多，加上主镜只有一个表面需要加工，这就大大降低了造价和制造的困难，因此目前口径大于1.34米的光学望远镜全部是反射望远镜。一架较大口径的反射望远镜，通过变换不同的副镜，可获得主焦点系统(或牛顿系统)、卡塞格林系统和折轴系统。这样，一架望远镜便可获得几种不同的相对口径和视场。反射望远镜主要用于天体物理方面的工作。

三、折反射望远镜，是在球面反射镜的基础上，再加入用于校正像差的折射元件，

可以避免困难的大型非球面加工，又能获得良好的像质量。比较著名的有施密特望远镜

它在球面反射镜的球心位置处放置一施密特校正板。它是一个面是平面，另一个面是轻度变形的非球面，使光束的中心部分略有会聚，而外围部分略有发散，正好矫正球差和彗差。还有一种马克苏托夫望远镜

在球面反射镜前面加一个弯月型透镜，选择合适的弯月透镜的参数和位置，可以同时校正球差和彗差。及这两种望远镜的衍生型，如超施密特望远镜，贝克―努恩照相机等。在折反射望远镜中，由反射镜成像，折射镜用于校正像差。它的特点是相对口径很大(甚至可大于1)，光力强，视场广阔，像质优良。适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体。小型目视望远镜若采用折反射卡塞格林系统，镜筒可非常短小。

合理选择望远镜的焦距

选择望远镜的焦距，与你想要观测的天体有关。如果你想观测星云、寻找彗星，要选择短焦距镜；如果你想观测月亮和行星，要选择长焦距镜；如果你想观双星、聚星、变星和星团，最好选择中焦距镜。中焦距镜可以两头兼顾，比较受欢迎，通常短焦是指焦距与口径之比小于或等于6，长焦是指焦距与口径之比大于15，介于两者之间称之为中焦距镜。（使用增倍镜可以成倍延长望远镜的焦距。）望远镜的主要性能：

（1）望远镜的口径越大，集光力越大（集光力影响望远镜视野亮度等）。望远镜的口径指：物镜直径，也就是望远镜的镜片直径。望远镜的型号一般会明确标示出望远镜的口径与焦距，例如：博冠马卡105/1400 折射式望远镜，其第一组数字 105表示望远镜的口径为105mm（毫米），后组数字则是焦距为1400mm（毫米）。（2）极限星等（极限星等影响望远镜能看到最暗的天体星等）。望远镜的口径越大，极限星等就越大。

（3）极限倍率（极限倍率影响望远镜能得到最大的有效放大倍率）。一般我们认为极限倍率为望远镜口径的2倍，例如：105/1400型号的望远镜其极限倍率为200倍，不过这只是理论来讲，同型号不同品牌的望远镜之间光学素质存在差异，一支光学优秀的望远镜则是可以超出极限倍率50倍左右！需要注意的是：望远镜的倍率并不是越大越好！一旦倍率超出望远镜的极限倍率（有效放大倍率），反而会因为无效放大使像质变得模糊，细节缺失。

（4）分辨力（分辨力影响望远镜能分辨出天体的暗部细节多少）。望远镜的口径越大，分辨力也越强！

（5）普通消色差折射望远镜的焦距越长，控制色差的能力越强。但口径越大，焦距越长，望远镜体积长度也更大，便携性下降。

（6）望远镜的倍率计算方法：物镜焦距÷目镜焦距，例如：105/1400型号的望远镜，主镜焦距为1400mm（毫米），在采用10mm（毫米）焦距目镜时，其倍率为1400÷10=140倍

（7）增倍镜（Barlow 或巴罗镜）：可将物镜焦距延长两倍（2X）或三倍（3X）

或更大，采用增倍镜后望远镜的组合倍率为物镜焦距÷目镜焦距x增倍镜倍数。（8）望远镜的极限倍率（理论值实际使用根据望远镜的光学性能可超过）：望远镜口径的2倍。

根据天文望远镜不同的性能，能观测到天体的细节与效果亦不同。使用天文望远镜我们可以观测到：

一、星座：即使是很初级的望远镜也可以在低倍率下观测到一些肉眼难以辨认的星座。

二、彗星：比较容易辨认的天体，初级望远镜也可观测到肉眼无法察觉到的细节。

三、太阳（太阳黑子，日食）：比较容易观测的天体，即使是很初级的望远镜观测太阳也可取得较好的观测效果。但是观测危险性非常高！观测前必须采用安全的物镜端太阳滤光镜（膜）等保护措施，或者采用更安全的投影法进行观测。四、行星：

（1）月球（月相，满月，月食）与月球环形山细节。天文望远镜性能越好，能够分辨出直径越小的环形山，细节越丰富。

（2）土星（土卫，土星光环以及土星光环的卡西尼缝，恩克缝）。观测有难度，对望远镜性能要求较高！低端望远镜很难分辨恩克缝。

（3）木星（木卫，2-4条木星云带（条纹））。受望远镜光学性能与当时当地观测条件：大气通透度，视宁度等限制观测条纹数量与效果不同。

（4）金星盈亏（金星相位）。即使是很初级的天文望远镜也可轻松分辨。

（5）火星（大冲可观测白色极冠）。火星观测难度较高且很难观测到其细节，只有在大冲时可见其白色极冠，低端望远镜较难辨认。

注意：其他行星观测难度较高且民用天文望远镜难以观测到细节。

五、深空天体：

（1）星云。由于星云较暗淡，肉眼难以分辨，少数肉眼勉强可分辨（如M42猎户座星云）。绝大部分需借助望远镜与星座定位，观测有一定难度，需对星座较熟悉帮助寻找定位星云。即使是初级的望远镜也可以观测到绝大不部分星云，但望远镜性能不同，能观测到的细节与色彩不同。

（2）星团（球状星团，疏散星团等）。少数几个星团肉眼可见（如昴星团），但较为暗淡，大部分的星团肉眼难以分辨，需要借助望远镜与星座定位，观测有一定难度。天文望远镜性能不同，细节表现力不同。

（3）星系。较为壮观的天体，少数几个星系肉眼可见（如M31仙女座星系），绝大部分需借助望远镜观测，观测有一定难度，需借助星座与望远镜定位。天文望远镜性能不同，细节表现力，亮度不同。

续：夜空中可以看到缤纷多彩的天象纷纷上演，如流星，变星，某某星合月（掩月），某某星合日（掩日），人造卫星，ISS国际空间站过境等等的天文现象都是值得我们用天文望远镜一探究竟!更多的未知的天体（如发现小行星等）值得我们去探索，去发现!去看到我们用眼睛所看不到的夜空中的美景。

低端、中端、高端的天文望远镜之间又有着怎样的区别呢？

一、低端型天文望远镜

此类型的望远镜为初级望远镜，其性能不高，但是价格很便宜，一般在千元以下。