折射式与反射式之战

1608年，荷兰人汉斯用水晶造出了第一台望远镜，仅仅一年多之后，伽利略就通过对望远镜的改装，完成了它的一大步进化——天文望远镜出现了。伽利略使用的望远镜非常娇小，这是受当时工艺限制的结果。但我们不能否认，他使用的是一台“天文望远镜”。伽利略用它发现了月球上的撞击坑，发现了木星的四颗卫星，发现了银河实际上是由众多暗弱恒星组成，也发现了土星形状诡异。当时，伽利略对土星的发现并不确定，纠结之下将这一发现写成一段“密语”——smaismrmielmepoetaleumibuvnenugttaviras，让他人猜度。后来，当他进一步确认后，才将谜底公布出来：土星由3个星组成，一大两小。这显然不是如今我们熟知的那个以拥有漂亮光环著称的土星。伽利略的问题在于，他的望远镜口径还不够大，光学质量还不够好。于是在之后的几十年中，新的天文发现通常伴随着望远镜技术的提高。

伽利略制作出第一台折射式天文望远镜是在1609年，牛顿制作出第一台反射式天文望远镜是在1668年。两个人采用了两种截然不同的光学手段，都实现了用望远镜进行天文观测的功能。伽利略使用的是透镜组，制作出的设备被称为折射式天文望远镜。牛顿使用的是抛光镀银后的凹面镜，制作出的设备被称为反射式天文望远镜。两种望远镜孰优孰劣？牛顿认为，折射式天文望远镜由于使用了透镜，透镜引起的色差问题是其本身属性，是解决不了的。不过反射式天文望远镜也有其自身的问题，它是一个球形凹面，而球形凹面镜是没有焦点的。之后，折射式与反射式这两种天文望远镜的“战役”悄然拉开序幕。

1655年，也就是折射式天文望远镜出现的40多年后，惠更斯让折射式天文望远镜有了新发展。为了减弱色差，他使用了非常长的焦距，这也使得他制作的天文望远镜造型古怪——有一个竖杆，顶端放置望远镜的物镜，用一根绳子来控制物镜的指向，然后在绳子的另一端安装目镜。惠更斯在目镜制作上也下了很大功夫，他后来设计的惠更斯目镜如今依然被人们使用。惠更斯的努力没有白费，他看清了土星的光环，并且发现了土卫六“泰坦”，他在公布新发现时也采用了“密语”:aaaaaaa ccccc d eeeee g h iiiiiii llll mm nnnnnnnnn oooo pp q rr s ttttt uuuuu。这句话解密并翻译过来就是：有环环绕，环薄而平，没有一处与本体相连，而与黄道斜交。

其实在牛顿前后，并不乏反射式天文望远镜的设计者，卡塞格林便是其中之一。由于用的是凹面反射镜，反射式天文望远镜的焦点会在镜筒之中，没有办法用于目视。牛顿的办法是使用一片平面镜将光路引到镜筒一侧，而卡塞格林则在镜筒之中加入了一枚带有曲率的反射镜，这样一来，望远镜中就有了两片反射镜，分别称为“主镜”和“副镜”。光线在镜筒中经历两次反射，再通过主镜上开的小孔，抵达位于望远镜后端的目镜。这样的改变更符合一般人使用望远镜的习惯。然而，卡塞格林的设计影响并不仅限于此，因为两片带有曲率的反射镜可以产生组合，从而优化望远镜的成像质量。但纵观17世纪，反射式天文望远镜并未占据上风。

接近18世纪中叶的那几年，折射式天文望远镜开始新一轮的发展。这是由于两片消色差物镜的出现。一片透镜只能屈服于色差带来的限制，在17世纪，人们只能通过加长物镜焦距，从而把焦比增大，进而降低色差，这样的后果就是焦距极长，观察视野昏暗。惠更斯的折射式天文望远镜长达37m，却并非当时之最。人们利用两片不同材质的玻璃进行组合，消除红色和蓝色的色差，吹响了折射式天文望远镜反击的号角，到了18世纪中后期，复消色差物镜也发展起来，可以消除红绿蓝3色色差，至此，折射式天文望远镜与反射式天文望远镜重新回到同一起跑线。

在天文望远镜发展的早期，人们并没有刻意区分天文望远镜和非天文望远镜，也没有刻意区分专业天文望远镜与小天文望远镜，毕竟，伽利略、牛顿这些人用的也只是小口径望远镜。到了18世纪，望远镜制造商才开始多了起来。