自從伽利略發明天文望遠鏡以來，光學望遠鏡經歷了一次又一次的變革。從小口徑望遠鏡到大口徑望遠鏡，從折射望遠鏡到反射望遠鏡，威力不斷增加。從用來觀察遙遠物體到探索浩瀚太空，天文學也隨之取得了長足進步……

光學望遠鏡的歷程

　 　望遠鏡的童年

　 　偶然的發現

　　人類從很早的時候起，就注意到了光的折射現象。一根直棍斜著浸入水中，它仿佛就在空氣和水的界面處彎折了。把它取出水面，看到的還是一根直棍。彎折的並不是棍，而是光。

　　光在空氣中傳播，如果射到一塊表面彎曲的玻璃上，那麼垂直于曲面入射的光線將會進入玻璃繼續沿直線傳播，而不發生折射。但是，如果玻璃表面是凸的，它向著光源鼓起，那麼射在偏離曲面中心某處的光線，將會傾斜地進入玻璃，並朝中心方向彎折。光的入射點離曲面的中心越遠，就折射得越厲害。結果，射到曲面玻璃上的光就會聚到了某個“焦點”或焦點附近。

　　人們肯定早就知道放大現象。例如，樹葉上的露珠可以放大樹葉的葉脈圖案。如果太陽光穿過一個注滿水的球形玻璃容器，那麼原本布及整個球面的光線就會聚集到焦點上，使位于焦點處的物體變熱，甚至燃燒發出火焰。相傳古希臘科學家阿基米德就曾用這種“燃燒玻璃”燒毀了圍攻其故鄉西西里島敘拉古的羅馬艦隊。雖然這在事實上幾乎不可能，但因古羅馬哲學家塞涅卡記述了此事，它便成了著名的歷史傳說。

　　13世紀的英國學者羅杰.培根已經利用放大鏡來幫助自己閱讀，並建議人們戴上透鏡以改善視力。在意大利，公元1300年前後就開始用凸透鏡制作眼鏡了，這對老年人很有用，故俗稱“老花鏡”。反之，凹透鏡則有助于糾正近視。公元1450年前後，近視眼鏡開始付諸實用。眼楮的種類很多，總的說來，如果透鏡的中央部分比邊緣薄，那麼它將有助于糾正近視；如果中央比邊緣厚，則有助于糾正遠視。

　　在16世紀，荷蘭人很善于制造透鏡。相傳就在一家荷蘭眼鏡店鋪里，偶然有了一項新發現。

　　地處阿姆斯特丹西南約130千米的米德爾堡市，有一位名叫漢斯?利帕席(Hans Lippershey)的眼楮制造商。1608年的某一天，學徒趁他不在，閑暇之余通過那些透鏡窺視四周自娛自樂。最後，這個徒弟拿了兩塊透鏡，一近一遠地放在眼前，結果驚訝地看到遠處教堂上的風標仿佛變得又近又大了。

　　利帕席立刻明白了這項發現的重要性，並且認識到應該將透鏡安裝到一根金屬管子里。他將這種裝置稱為“窺器”(looker)。後來，人們還曾稱它為“光管”(optic tube)或“光鏡”(optic glass)。直到1667年，英國詩人約翰?彌爾頓還在他的名著《失樂園》中，把這種儀器稱為“光鏡”。另外，也有人建議將其稱做“透視鏡 ”(perspective glass)。

　　不過，早在1612年，希臘數學家愛奧亞尼斯?狄米西亞尼就建議使用“望遠鏡”這個名稱了。英語中，望遠鏡稱為telescope，它源自希臘語中的tele(意為“遙遠”)和skopein(意為“注視”)，也就是說，它使人們能夠注視遙遠的物體。1650年前後，這一名稱站住了腳。

　　利帕席將望遠鏡奉獻給荷蘭政府，用作戰爭裝備。那時，荷蘭為了贏得獨立，已經與西班牙苦戰了40年。荷蘭主要靠海軍抵抗西班牙的優勢兵力，從而得以生存。望遠鏡使荷蘭艦隊早在敵人看見他們之前，就先發現敵人的船只，從而使已方處于優勢地位。

將望遠鏡指向天空

　　 將望遠鏡指向天空

　　將望遠鏡用于探索宇宙的奧秘，要歸功于意大利科學家伽利略。1609年5月，45歲的伽利略訪問威尼斯，在那里听說有個荷蘭人把兩塊透鏡放進一根管子，從而發明了望遠鏡。按照他本人的說法，他思考後在一天之內就發明了自己的望遠鏡。他把一塊凸透鏡和一塊凹透鏡裝進一根直徑4.2厘米的鉛管兩端，使用時凹透鏡在靠近眼楮的一端——它是“目鏡”，凸透鏡則靠近被觀測物體的一端——它是“物鏡”。

　　伽利略的那些望遠鏡，是人類歷史上的首批天文望遠鏡，其性能也許還比不上現代的高品質觀劇鏡。然而，當伽利略將它們指向天空時，人類對宇宙和自身的看法就開始發生徹底的改變了。

　　伽利略把望遠鏡指向月球，看見月球上坑坑窪窪，表面布滿了環形山。就在地球近旁，便有一個與之相仿的世界，這無疑降低了地球在宇宙中的特殊地位。他又看見太陽上不時出現的黑斑——太陽黑子，日復一日地從太陽東邊緣移向西邊緣。這就明白地告訴人們，巨大的太陽在不停地自轉著，那麼，遠比太陽小得多的地球也在自轉還有什麼可大驚小怪的呢？伽利略從望遠鏡里看到，銀河原來是由密密麻麻的大片恆星聚集在一起形成的，而且他還看見了前人從未見過的大量比 6等星更暗的星星，這就雄辯地說明了古希臘天文學家並不通曉有關宇宙的全部知識，所以不應盲目接受古希臘人的地心宇宙體系。看來，宇宙遠比任何前人可能想到的更加浩瀚和復雜。

　　接著，伽利略又把他的望遠鏡指向行星。1610年1月，他從望遠鏡中看到木星附近有4個光點，夜復一夜，它們的位置在木星兩側來回移動，但總是大致處在一條直線上，並且始終離木星不遠。伽利略斷定，這些小亮點都在穩定地環繞木星轉動，猶如月球繞著地球轉動一般。不久，開普勒听到這一消息，就把這些新天體稱為“衛星”，英語中稱為satellite，此詞源于拉丁語，原指那些趨炎附勢以求寵幸之徒。也許，開普勒覺得它們老是圍在大神朱匹特——木星身旁，活像一些攀附權貴的小人。如今，這4個天體依然統稱為“伽利略衛星”。

　　伽利略衛星是人類在太陽系中發現的第一批新天體。古希臘人關于一切天體都環繞地球轉動的想法顯然是錯了，這4個前所未知的天體不是正在繞著木星打轉嗎？

　　保守分子們硬說這是透鏡的瑕疵造成的假象。但是，不久就有一位名叫西蒙?馬里烏斯的德國天文學家宣布，他也通過望遠鏡看見了這些衛星。馬里烏斯沿襲用神話人物命名天體的古老傳統，按離木星由近到遠的次序，依次將這4顆衛星命名為伊俄(Io)、歐羅巴(Europa)、加尼米德 (Ganymede)和卡利斯托(Callisto)。他們都是希臘神話中的人物，深受大神宙斯寵愛。如今在漢語中，它們依次稱為木衛一、木衛二、木衛三和木衛四。

守不住的秘密

　 　守不住的秘密

　　1666年，牛頓用三稜鏡分解了太陽光，這使他認識到白光乃由不同顏色的光混合而成。白光經過三稜鏡，就會像彩虹那樣呈現為一種“紅—橙—黃—綠—藍—靛—紫”的色序。這稱為“光譜”，英語為spectrum，它源自一個拉丁詞，原意是“幻象”或“幽靈”。

　　伽利略的望遠鏡以光線的折射為基礎，稱為“折射望遠鏡”。利用光線的反射現象制成的，則稱為“反射望遠鏡”。人們發現，通過折射望遠鏡觀測天體時，星像周圍會出現一種彩色的環，它使觀測目標變得模糊了。這種現象叫做色差，伽利略不明白它的起因，當時也無法消除它。

　　玻璃對不同顏色的光具有不同的折射能力，這叫做色散。紅光的折射最少，所以它通過凸透鏡後，聚焦在離透鏡較遠的地方；橙、黃、綠、藍、靛、紫光則依次聚焦在離透鏡越來越近的地方。如果望遠鏡做得使紅光的聚焦最好，那麼在紅光的焦點處，其他顏色的光已經越過了各自的焦點，物像周圍就出現一道稍帶藍色的環邊；如果望遠鏡對紫光聚焦良好，那麼在到達紫光的焦點時，其余顏色的光尚未到達各自的焦點，于是物像四周形成一個稍帶橙色的環。無論你怎樣調焦，都不能完全甩掉這種色環。

　　然而，色差並非不可戰勝。設想用兩種不同類型的玻璃來制造透鏡︰先用一塊凸透鏡使光線會聚，再用一塊凹透鏡使光線微微發散。光通過這兩塊透鏡後聚集到焦點。當然，由于凹透鏡的作用，這時的光線將不如僅僅通過頭一塊凸透鏡時會聚得那麼厲害。

　　現在假定，用以制造凹透鏡的這種玻璃的色散本領比制造凸透鏡的那種玻璃大，也就是它能使紅光與紫光分得更開。于是，這塊凹透鏡發散光線的能力雖然不足以抵消光線穿過凸透鏡後的會聚，但是由于其色散大，卻可以抵消凸透鏡造成的各種顏色的分離。換言之，用兩種不同玻璃制成的復合透鏡有可能消除色差。

　　首先想到這點的是18世紀的英國律師兼數學家切斯特.穆爾.霍爾。他發現火石玻璃的色散顯著地超過冕牌玻璃，便用冕牌玻璃做凸透鏡，用火石玻璃做凹透鏡，並且將兩塊透鏡設計得正好能夠拼在一起。這種復合透鏡就像一個凸透鏡那樣，能夠使光線聚焦，同時它又在很大程度上消除了色差。

　　霍爾擔心別人捷足先登。為了保守秘密，1733年他作出了這樣的精心安排︰讓一家光學廠商磨制他的凸透鏡，同時讓另外一家廠商磨制他的凹透鏡。他以為這樣一來別人就不會知道他的意圖了。

　　不料，這兩家廠商都很忙。他們不謀而合地將霍爾的任務轉包給了第三方——喬治.巴斯。巴斯注意到這兩塊透鏡的主人都是霍爾，而且它們恰能緊緊地密合在一起。很自然地，兩塊透鏡磨好後，巴斯就將它們拼合起來仔細觀看一番。他驚奇地發現︰彩環消失了！

　　霍爾的秘密傳開了。光學儀器商約翰.多朗德聞訊後，對此作了透徹的研究，並且奠定了消色差透鏡的理論基礎。1757年，他用冕牌玻璃和火石玻璃造出了自己的消色差透鏡。他干得很出色，並且獲得了制造消色差透鏡的專利。不過，在他的報告里全未提及20年前霍爾已經做過幾乎相同的工作。1758年，多朗德向皇家學會宣布了他的成果，3年後被選為皇家學會會員，並被任命為英王喬治三世的眼鏡制造師。

　　1761年，約翰.多朗德在倫敦去世。4年以後，他的兒子彼得.多朗德又發明了一種性能更好的消色差透鏡。它由3塊透鏡組合而成︰一塊凹透鏡夾在兩塊凸透鏡之間。首先用消色差透鏡制造折射望遠鏡的也是這父子倆，另外還有老多朗德的女婿杰西.拉姆斯登。

　　人們通常將消色差的功勞歸于約翰.多朗德。也有人認為這似乎委屈了切斯特.穆爾.霍爾。不過，平心而論，多朗德的實際貢獻要比霍爾大得多。畢竟，使一項新發明盡早盡善地付諸實用，難道不比無謂的“保密”強得多嗎？