天文望遠鏡的種類和原理

一般天文望遠鏡以構造來分類,可分為折射望遠鏡、反射望遠鏡及折反射望遠鏡三大類....

折射望遠鏡

所謂折射望遠鏡是以會聚遠方物體的光而現出實象的透鏡為物鏡的望遠鏡它會使從遠

方來的光折射集中在焦點,折射望遠鏡的好處就是使用方便,稍微忽略了保養也不會看

不清楚,因為鏡筒內部由物鏡和目鏡封著,空氣不會流動,所以比較安定,此外,由于光軸的

錯開所引起的像惡化的情形也比反射望遠鏡好,而口徑不大透鏡皆為球面,所以可以機械

研磨大量生產,故價格較便宜。

(1)伽利略型望遠鏡

人類第一只望遠鏡,使用凹透鏡當目鏡,透過望遠鏡所看到的像與實際用眼楮直接看的一

樣是正立像,地表觀物很方便但不能擴大視野,目前天文觀測已不再使用此型設計。

(2)開普勒型望遠鏡

使用凸透鏡當目鏡,現今所有的折射式望遠鏡皆為此型,成像上下左右巔倒,但這樣對我

們天體觀測是沒有影響的,因為目鏡是凸透鏡可以把兩枚以上的透鏡放在一起成一組而

擴大視野,並且能改善像差除卻色差。

反射式望遠鏡

反射望遠鏡不用物鏡而用叫主鏡的凹面的反射鏡。另外有一面叫做次要鏡的小鏡將主

鏡所收集的光反射出鏡筒外面,由次要鏡反射出來的光像再用目鏡放大來看,反射式最大

的長處是由于主鏡是鏡子,光不需通過玻璃內,所以完全不會有色差,也不太會吸收紫外

光或紅光,因此非常適合分光等物理觀測,雖無色差但有其它各類的像差。如將反射凹面

磨成覓物線形(Parabolic),則可消除球面差。因為鏡筒不能密封,所以主鏡很易受煙塵影

響,故難于保養,同時受氣溫與鏡筒內氣流的影響較大,搬運時又很易移動了主鏡與副鏡

的位置,而校正光軸亦相當繁復,帶起來不甚方便。此外副鏡座的衍射作用會使較光恆星

的星像出現十字或星形的衍射紋,亦使影像反差降低,另外像的穩定度也不及折射式望遠

鏡。

目前知名反射望遠鏡的設計大致分為五種..我只列舉兩種市售一般中小型的反射望遠鏡

(1)牛頓式 (Newtonian)

一六六八年由牛頓發明設計,由拋物面的主鏡和平面次要鏡所構成,以對著光軸45度的角

度將平面次要鏡裝在從主鏡反射過來的光的焦點的稍微前方(如上圖)這種結構最為簡

單,影像反差較高,亦最多人選用,通常焦比在f4至f8之間。

(2)卡賽格林式或簡稱卡式 (Cassegrain)

利用一塊雙曲面凸鏡(Convex hyperboloid)作為副鏡,在主競焦點前將光線聚集,穿過主鏡

一個圓孔而聚焦在主鏡之後。因為經過一次反射,所以鏡筒可以縮短,但視場較窄,像散

較牛頓式嚴重,同時有少許場曲(Curvature of field)。

折反射望遠鏡 (Catadioptric telescope)

采反射和折射的長處之型式,基本上和反射一樣,也有反射式望遠鏡的缺點,為了消除偏離光軸的視野的慧星像差使用著透鏡,且主鏡為球面鏡,比反射型容易研磨..

只介紹其中一種最為被廣泛運用的折反射望遠鏡

施密特卡式

是1930 年由施密特(Schmidt)發明用作天文攝影。主要是利用一球面凹鏡作為主鏡以消

除彗形像差，同時利用一非球面透鏡(Aspheric Iens)放于主鏡前適當位置作為矯正鏡

(Corrector)以矯正主鏡的球面差。這樣可以得出一個闊角(可達40一50度)的視場而沒有

一般反射鏡常有的球面差與彗形像差，只有矯正鏡做成的輕微色差而已。攝影用的施

密特望遠鏡，焦比方面可以做到很小(通常在f1至f3間,最小可達0.6)，因此很適宜于

星野及星雲攝影。