★天文望远镜
很多爱好者会在购买天文望远镜的时候关注能看到多远、能放大多少倍等问题,那这些数据是否真的如此重要呢?
天文望远镜有三种主要的类型:折射式、反射式和折反射式,它们具有各自的优点,但对所有望远镜来说,其效力很大程度上是由口径决定的。口径就是透镜或者反射镜的通光直径,它们是用来接收和聚焦从观测目标发出的光线的。口径越大,聚光力和分辨力就越强,从而能够看到更暗淡的天体,观察更微小的细节。
天文望远镜的参数
聚光力 口径越大,望远镜能接收和汇聚的光线就更多。理论上,聚光力与口径的平方成正比,所以75 mm口径的望远镜比50 mm口径的聚光力高1倍,而100 mm口径的聚光力几乎是75 mm口径的2倍。
能否探测到的最暗的星星(极限星等)主要由望远镜的口径决定。
分辨率 分辨率就是望远镜分辨出物体的能力。尽管在夜晚看到的所有星星都是一个几乎无穷小的光点,但它们在透镜或者反射镜的焦点上所成的像却是一个有限直径的光斑(艾里斑)。在口径一定的情况下,无论使用多高的放大倍数,天空中相隔距离比较小的两颗星都没法清晰地分辨出来,这个就是所谓的“道斯极限”,反映了望远镜的分辨率。
望远镜口径与极限星等、分辨率
通光口径(mm) 50 60 70 100 112.5 125 150 200 250 300
极限星等(等) 11.2 11.6 12.1 12.7 13.0 13.2 13.6 14.2 14.7 15.1
道斯极限(角秒) 2.3 1.9 1.5 1.2 1.0 0.9 0.8 0.6 0.5 0.4
观察月面和行星时所见细节的数量,主要取决于望远镜的口径。
放大倍率放大倍率是望远镜物镜与目镜焦距的比值。一台望远镜可以配备多个目镜,以获得不同的放大倍数。如果某望远镜物镜的焦距是750mm,搭配焦距为25mm的目镜,此时望远镜的放大倍率为30倍。

不同结构和焦距(4mm—32mm)的目镜

巴洛镜,可以通过与目镜的组合,得到更多放大倍数。常用的巴洛镜有1.5倍、2倍和3倍
望远镜的有效放大倍数是有限的,因为放大倍数越大,观测的天体就变得越暗,而且由于光的衍射效应,像也会变得模糊。按照实际观测经验,望远镜的最大放大倍数为1.7倍的物镜直径(mm)。比如,80mm口径的望远镜,其最大有效放大倍数约为80×1.7=136倍。
望远镜的参数还包括焦比[3]、视场[4]等。除影响望远镜性能的最关键因素——口径外,大气条件和望远镜的加工精度也对上述参数有非常大的影响。
折射望远镜
折射望远镜的物镜由两片或者更多的镜片组成,以减少单透镜所成的图像的色差。物镜的质量很大程度上取决于这种色差消除的效果。通常的两片消色差透镜不可避免地会在亮星的周围出现淡淡的光晕,这种现象可以通过在透镜中使用具有特殊性质的玻璃——如萤石——或者增加镜片的方式来削弱,比如ED望远镜和APO望远镜。APO望远镜对于色差控制比ED望远镜更好,成像也更锐利,分辨率达到甚至超过口径大出其一倍的普通消色差望远镜,但价格也贵不少。

折射望远镜的光路图

折射式望远镜
反射望远镜
折射式望远镜因为没有中心遮挡,所以有许多优点,如优异的清晰度和图像反差、光学部件光轴校准的很好、容易维护,即使用简单的目镜也能表现良好,并且很适合天体摄影。但由于镜筒较长,是同等口径的望远镜中最笨重的,且难以牢固架设。
所以,如果需要分辨行星的细节或者双星,在同样口径下选用折射望远镜是最好的,但它的价格也会更贵。
反射式望远镜采用一块凹面镜(主镜)来完成折射镜中物镜的汇聚光线作用。相对于透镜而言,镜面的优点是可以同等地反射所有颜色的光线,不存在色差的问题。不过在反射镜中,离开光轴越远,彗差就越严重。
若光线通过一个45°角的小平面镜反射到镜筒侧面上的目镜,称为牛顿式;若光线在被主镜反射后,又被一面小的凹面镜(副镜)反射回镜筒内,然后穿过主镜上的通孔,称为卡塞格林式[5]。

牛顿式反射望远镜

牛顿式(左)和卡塞格林式(右)反射望远镜
牛顿式反射望远镜是相同口径下最便宜的望远镜,目镜也位于很舒服的观测位置,口径也可以做得比较大;但这种望远镜对光轴准直很敏感,镀铝的镜面也会污损,转向镜和它的支撑结构会衍射光线,降低图像反差,并部分遮挡了射到主镜上的光线。
如果口径是首要的考虑因素,比如观测变星或者最暗的深空天体,那么牛顿式反射镜是首选。对新手来说,一架小型的牛顿镜很适用。
折反射望远镜
这种望远镜使用透镜和反射镜片成像。业余爱好者最感兴趣的两种类型都是卡塞格林式的设计,使用了球面的凹面镜,而非普通反射镜里的抛物面镜。

施密特-卡塞格林式(左)和马克苏托夫-卡塞格林式(右)折反射望远镜
在施密特系统中,一个特殊形状的几乎是平的薄透镜被置于镜头前端,这个透镜校正了主镜的像差,并在中央带有凸面的副镜。

马-卡式望远镜
在马克苏托夫系统中,改正镜是一个曲率很大的弯月形透镜。在很多设计里,弯月形透镜的内侧中央部分被镀上铝膜,作为副镜使用。
上述两种折反射式望远镜都非常紧凑,便于携带,可以在很舒服的坐姿下对全天范围进行观测,封闭式的镜筒也有效地保护了反射镀膜;但图像反差较低,副镜遮挡较大,价格相对也较贵。如果要求便携性和总体的方便性,紧凑的折反射望远镜还是值得推荐的。
课外活动
采访你身边的天文爱好者,了解他们的天文成长之路;通过他们的望远镜使用感受和经验教训,结合自己的实际,选择适合自己的第一架望远镜。
问题与练习
1.在使用折射式望远镜观测天顶附近的星空时,由于镜筒长度的原因,会出现非常不方便的现象。此时,如果在目镜端接一个天顶棱镜(如右上图),将光轴反射90度,结果就完全不同了。请了解天顶棱镜的结构和工作原理。
2.当光线进入不同物质时,会因为反射而损失部分透射能量。现代光学透镜通常采用在其表面镀上增透膜的方式改善,最终可使得光线透射率达到95%及以上。镀了单层增透膜的镜片通常是蓝紫色或者红色,而镀多层增透膜的镜片则呈淡绿色或暗紫色(如右下图)。请你思考为什么会有这种颜色差异?

3.目镜连接望远镜镜筒的常用方式有直插式和螺纹式,而二者的口径大小很重要。天文望远镜会根据实际需要采用多种接口口径,你知道常用的有哪些吗?
4.牛顿式反射望远镜很容易出现彗差现象,为了减少彗差,我们可以加装一个彗差改正镜MPCC。了解彗差产生的原因并熟悉改正镜的使用方法。