折射式與反射式之戰

1608年，荷蘭人漢斯用水晶造出了第一臺望遠鏡，僅僅一年多之后，伽利略就通過對望遠鏡的改裝，完成了它的一大步進化——天文望遠鏡出現了。伽利略使用的望遠鏡非常嬌小，這是受當時工藝限制的結果。但我們不能否認，他使用的是一臺“天文望遠鏡”。伽利略用它發現了月球上的撞擊坑，發現了木星的四顆衛星，發現了銀河實際上是由眾多暗弱恒星組成，也發現了土星形狀詭異。當時，伽利略對土星的發現并不確定，糾結之下將這一發現寫成一段“密語”——smaismrmielmepoetaleumibuvnenugttaviras，讓他人猜度。后來，當他進一步確認后，才將謎底公布出來：土星由3個星組成，一大兩小。這顯然不是如今我們熟知的那個以擁有漂亮光環著稱的土星。伽利略的問題在于，他的望遠鏡口徑還不夠大，光學質量還不夠好。于是在之后的幾十年中，新的天文發現通常伴隨著望遠鏡技術的提高。

伽利略制作出第一臺折射式天文望遠鏡是在1609年，牛頓制作出第一臺反射式天文望遠鏡是在1668年。兩個人采用了兩種截然不同的光學手段，都實現了用望遠鏡進行天文觀測的功能。伽利略使用的是透鏡組，制作出的設備被稱為折射式天文望遠鏡。牛頓使用的是拋光鍍銀后的凹面鏡，制作出的設備被稱為反射式天文望遠鏡。兩種望遠鏡孰優孰劣？牛頓認為，折射式天文望遠鏡由于使用了透鏡，透鏡引起的色差問題是其本身屬性，是解決不了的。不過反射式天文望遠鏡也有其自身的問題，它是一個球形凹面，而球形凹面鏡是沒有焦點的。之后，折射式與反射式這兩種天文望遠鏡的“戰役”悄然拉開序幕。

1655年，也就是折射式天文望遠鏡出現的40多年后，惠更斯讓折射式天文望遠鏡有了新發展。為了減弱色差，他使用了非常長的焦距，這也使得他制作的天文望遠鏡造型古怪——有一個豎桿，頂端放置望遠鏡的物鏡，用一根繩子來控制物鏡的指向，然后在繩子的另一端安裝目鏡。惠更斯在目鏡制作上也下了很大功夫，他后來設計的惠更斯目鏡如今依然被人們使用。惠更斯的努力沒有白費，他看清了土星的光環，并且發現了土衛六“泰坦”，他在公布新發現時也采用了“密語”:aaaaaaa ccccc d eeeee g h iiiiiii llll mm nnnnnnnnn oooo pp q rr s ttttt uuuuu。這句話解密并翻譯過來就是：有環環繞，環薄而平，沒有一處與本體相連，而與黃道斜交。

其實在牛頓前后，并不乏反射式天文望遠鏡的設計者，卡塞格林便是其中之一。由于用的是凹面反射鏡，反射式天文望遠鏡的焦點會在鏡筒之中，沒有辦法用于目視。牛頓的辦法是使用一片平面鏡將光路引到鏡筒一側，而卡塞格林則在鏡筒之中加入了一枚帶有曲率的反射鏡，這樣一來，望遠鏡中就有了兩片反射鏡，分別稱為“主鏡”和“副鏡”。光線在鏡筒中經歷兩次反射，再通過主鏡上開的小孔，抵達位于望遠鏡后端的目鏡。這樣的改變更符合一般人使用望遠鏡的習慣。然而，卡塞格林的設計影響并不僅限于此，因為兩片帶有曲率的反射鏡可以產生組合，從而優化望遠鏡的成像質量。但縱觀17世紀，反射式天文望遠鏡并未占據上風。

接近18世紀中葉的那幾年，折射式天文望遠鏡開始新一輪的發展。這是由于兩片消色差物鏡的出現。一片透鏡只能屈服于色差帶來的限制，在17世紀，人們只能通過加長物鏡焦距，從而把焦比增大，進而降低色差，這樣的后果就是焦距極長，觀察視野昏暗。惠更斯的折射式天文望遠鏡長達37m，卻并非當時之最。人們利用兩片不同材質的玻璃進行組合，消除紅色和藍色的色差，吹響了折射式天文望遠鏡反擊的號角，到了18世紀中后期，復消色差物鏡也發展起來，可以消除紅綠藍3色色差，至此，折射式天文望遠鏡與反射式天文望遠鏡重新回到同一起跑線。

在天文望遠鏡發展的早期，人們并沒有刻意區分天文望遠鏡和非天文望遠鏡，也沒有刻意區分專業天文望遠鏡與小天文望遠鏡，畢竟，伽利略、牛頓這些人用的也只是小口徑望遠鏡。到了18世紀，望遠鏡制造商才開始多了起來。