第七章欲穷千里目
望远镜的发明
“欲穷千里目，更上一层楼”，然而人类的视觉能力毕竟有限，想看的太多而见到的甚少。
远镜发明后，人类的失落感渐渐消失，而好奇之心，求知之欲日益增强，神秘的宇宙也变得
亲切起来。
远在天边近在眼前
在古人的眼中，大海是“无边无际”的，天空是广阔“无边”的，神秘的宇宙更是浩瀚无际
，难以望断。人们认识到了自己视力的局限。于是，人们开始梦想能长出一双神奇的千里眼
。
1608年，荷兰米德尔堡出现了奇迹。那天，眼镜匠李普希在自己的店里忙忙碌碌替顾客磨镜
片，他的儿子在阳台上游戏。小弟弟两手各拿一块眼睛片，对着远处的景物前后比划。突然
，他发现教堂尖顶的风向标变得又大又清楚。孩子们非常兴奋，立即将这一发现告诉了父亲
。
李普希将信将疑，按照孩子们说的那样试验着，他将一块凸透镜和一块凹透镜组合起来，把
凹透镜放在眼前，将凸透镜放在前面一点儿，当他把两块透镜对准窗外时，他差点惊叫起来
，远处教堂尖顶上细小的风向标变大了，似乎近在眼前，伸手可及。
这一意外的发现立刻传遍了米德尔堡，人们纷纷来到李普希的工作室，要求一饱眼福。
李普希意识到这是一桩赚钱的买卖，立即向荷兰国会申请专利。给它取了个不伦不类的名称
——“窥探镜”。同年12月15日，他向国会提供了一架经过改进的双筒窥探镜，国会奖给他
一大笔奖金。
从此，人们长上了千里眼，世界上也有了望远镜，可惜荷兰人仅把它当作高级玩具。
知晓天文技艺革新
望远镜的技术传到了意大利，在帕多瓦大学执教的伽利略从中受到了启发，他想可不可以制
造出一架用于天文观测的望远镜。于是，伽利略用凸透镜作物镜，用凹透镜作目镜，分别
装在一根直径为42厘米，长60厘米的铅管两端。他还用一粗一细的两根空管套在一起，调
节两片透镜的距离，以便于适合远近不同的物体和观察者不同的视力。伽利略制造的第一架
天文望远镜，也叫折射望远镜，能将远处的物体放大3倍，后又提高到9倍。他邀请威尼斯参
议员到塔楼顶层用望远镜观看远景，观看者都惊叹不已。随后，伽利略被参议院任命为帕多
瓦大学的终身教授。
1610年初，伽利略又制成了一架可以将物体放大33倍的望远镜，直径为44厘米，长12米
。为了进行天文观测，他又改进了几架望远镜，用于观测日月星辰，并有了许多新奇的发现
。
这一系列的发现有力地支持了哥白尼的日心说，震惊了欧洲。
伽利略开辟了在天文观测中使用望远镜的新纪元，被誉为“近代科学之父”。
同时，德国的天文学者开普勒也开始研究望远镜。开普勒和利比斯赫及伽利略不同，他研究
用两块凸透镜组合起来的装置。这个原理被称为开普勒原理，后来的天文望远镜就采用这个
原理。
因为有以下的方便之处，即：在李普希式的望远镜中，由于使用凹透镜，从而只产生虚象。
而开普勒式的望远镜能够使映象和实象相联系。在筒中实象的位置上划上十字线，就可以很
方便地观测星球。
开普勒运用光学的理论，对自己设计的以及李普希式的望远镜都做了准确的倍率计算。另外
，他还发现如果使用第三个透镜就可以克服天文望远镜中映象歪斜的缺点，然而这个发现在
实际中没有得到应用。
这样，从开普勒的研究开始，实际制造出天文望远镜大约是在1613年到1617年之间。
17世纪，从对天文学的关心出发，制造了望远镜，而有了望远镜，又使天文学得到了长足的
进步。
1668年，英国大物理学家牛顿解决了望远镜的色差问题。他根据光的反射原理，用抛物线反
射面反射镜代替原来的物镜放大影像，发明了世界上第一个“反射式”望远镜。由于反射镜
的表面很少吸收光线，各种单色光都受到一样的反射，从而克服了折射望远镜的主要缺点。
牛顿成功研制出第一架反射式望远镜模型，其镜筒直径约为25厘米，全长约15厘米，用它
观察天体，比伽利略的折射式望远镜有了很大的进步。
1671年，经过反复改造，牛顿又制成了第二架反射式望远镜。这架望远镜至今还保存在英国
皇家学会的图书馆里。我们现在制造的反射望远镜，其构造与牛顿的反射式望远镜基本相同
。
无论是折射望远镜，还是反射望远镜，都不能够很好地成像。为提高望远镜的精度，与牛顿
同时代的学者研究了种种消除象差的方法。
牛顿等人为了消除象差，认为最好把透镜和反射镜的曲面做成缓坡。而这样做，就必须把目
透镜和反射镜之间隔开。因而，后来他们还设想过去掉镜筒，不用目透镜而用其他的透镜进
行观察的方法。
然而，到了18世纪中期，人们发现把两块透镜组合起来可以消除色差(消色透镜)，并且知道
了把透镜和透镜或把透镜和反射镜隔开距离是没有必要的，那种考虑是错误的。
但是，牛顿等人提出的最好把透镜远远隔开的错误设想，反而促进了大型望远镜的发展。
1774年，英国天文学家威廉·赫歇尔制造出一架反射镜宽为15厘米的牛顿式反射望远镜。其
镜身长21米，可以将物体放大40倍。接着，他又制造出一架6米长的望远镜，它使用一块
宽为45厘米的反射镜作为物镜。1781年，赫歇尔发现了太阳系的第七大行星——天王星，这
是人类使用望远镜进行天文观测后发现的第一颗新行星。此后，他又设计出筒长为12米、反
射镜口径为122厘米大型反射望远镜，观测到银河是群星的集合体。
折射望远镜和反射望远镜都有一个共同的特点，即它们只能观测到发出现光的天体，因而被
称为“光学望远镜”。
20世纪20年代，德籍俄国光学家伯恩哈德·福尔多马尔·施密特综合了反射望远镜和折射望
远镜的长处，于1930年制成了一架望远镜。它增加了大型望远镜的效能，可用于宽视物的巡
天工作，拍摄多达100万颗星象和10万个星系的单张照片，称为“施密特望远镜”。
1940年初，前苏联光学家马克苏托夫发明了折反射望远镜，被称为马克苏托夫望远镜。荷兰
光学家包沃尔斯也几乎于同时独立地发明了类似的系统，所以有时也称为马克苏托夫—包沃
尔斯系统。
马克苏托夫望远镜的光学系统和施密特望远镜类似，是由一个凹球面反射镜和加在前面的一
块纠正球差的透镜组成的。改正透镜是球面的，它的两个表面的曲率半径相差不大，但有相
当大的曲率和厚度，透镜呈弯月形，所以有时也称这种系统为弯月镜系统。
射电天文揭开序幕
1931年，美国的央斯基在贝尔电话实验室进行有关长距离无线电通讯方面的研究时，发现了
一种微弱的有规律的由天体传射的无线电波——射电。央斯基成了射电天文学的开创者。
1937年，青年工程师雷伯在美
国芝加哥郊外自家的后院里，安装了一架直径945米的抛物面反射器，这便是世界上最早
的射电望远镜。
射电望远镜的独到之处在于：传统的望远镜仅利用光学原理，而射电望远镜利用的是无线电
原理。
根据射电天文学理论，所有的天体都发射电波，都是射电源。那么，观测天体射电波的主要
工具就应该是射电望远镜，而非光学镜片制成的光学望远镜。从本质上看，光学望远镜不过
是将人们的视力提高，但人的视力离不开光线，如若光线不能进入我们的视觉，倍数再高的
光学望远镜也帮不了我们的忙。然而，射电望远镜却是用耳朵接收无线电，事实上，天线和
无线电接收机就是射电望远镜，无线电天线就是传统望远镜的“镜片”。
射电望远镜的发明在人类望远镜史上发生了质的飞跃。
第二次世界大战期间，人们发现太阳的射电活动会干扰雷达接收信号，这才开始认识到
天体射电的重要性。战后，射电天文技术飞速发展，一个个巨大的抛物面型射电望远镜先后
建立起来，它们通过抛物面将电波反射、汇集起来，经过放大、信息处理，不仅可以测量射
电波的方位和强度，还可以测得它的频谱和偏振特征。80年代，世界上最大的可跟踪天体的
射电望远镜，在前西德首都波恩附近的埃菲尔斯贝格研制成功，它的直径为100米。现代射
电望远镜
技术发展的趋势，是建立多天线阵列。80年代，世界上最大的阵列是美国新墨西哥州建立的
。它是由27个直径为25米的抛物面组成的“甚大阵”。当今，世界上许多射电望远镜正在结
合起来，构成“甚长机线干涉系统”，洲际干涉大大提高了观测的灵敏度和分辨率。
射电天文望远镜的发明，在人类的眼前展现出了一幅崭新的天空图景，极大地拓展了人类的
视野，揭开了一个又一个宇宙的奥秘。
