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提起天文学，人们常感到非常的高深莫测。这是因为天文学在所有的科学门类中似乎是个特殊的存在。在其他学科中如果要做研究，我们可以走近观察研究对象，也可以把标本或样品拿到手做实验，几乎可以随心所欲的探究它们的形态结构，以此来探讨其本质。而天文学的研究对象位于大气层以外的世界，它们离我们极其遥远。我们不能把它们拿过来，甚至不能接触它们，更谈不上拿它们做实验了，因此除现代科技发展出的极个别手段：如陨石研究，用探测器收集星尘月岩，火星土壤化验等外，天文学的最主要的研究手段其实只有一种——观测。

在伽利略以前，天文学家一直都是用肉眼观测天空。那时，每代人看到的星空基本都是一样的。太阳、月亮、5颗行星、全天6000多颗恒星，偶尔出现的彗星和新星等等。除此之外，人们不知道还有什么其他的天体，或者这些已知的天体上还有什么东西。古人出于测量的需要，发明了不少天文仪器，如中国的圭表、浑仪、简仪，西方和阿拉伯世界的六分仪、象限仪、星盘、纪限仪等。但是古代的天文仪器只能测量天体的位置，并无助于看清天体的细节，也发现不了新的，看不见的天体。虽然随着工艺水平的提高，这些仪器的观测精度也会逐步增加。但由于肉眼分辨率的限制，其精度到了一定程度就不可能再提高了，在17世纪初，观测大师第谷制造的仪器已经达到了肉眼观测精度的极限。继续用肉眼观测，不可能再取得明显的进展。然而在第谷去世后仅仅7年，一种新的天文仪器就诞生了，它的出现才真正武装了天文学家的眼睛，使天文学由古代跨入近代。它的不断改进，使每代人都比前一代人用它看到了更多更远的天体，这种仪器就是——望远镜。

第谷像

望远镜是一位磨镜工人偶然发明的，在1608年，荷兰某家眼镜店的一个学徒工，偶然将两片眼镜片，一个远视镜片，一个近视镜片，以适当距离放在眼前，发现这样看远处物体时物像会变大。于是，他把这奇妙的现象告诉了店主利波塞，利波塞是一位很有见识的人，他没有斥责徒弟瞎添乱，而是接过镜片继续观察，他发现这样看远处物体时，其物象不仅会变大，也看到了许多从远处看不到的细节，这等于把物体的影像拉近了。他首先想到此物在军事上会有用，因为可以在敌人看不清我们时，我们就看清敌人。于是他将两个眼镜片固定在一个筒子的两端，称这个古怪的玩意儿，为“looker”，进献给荷兰当局。这个仪器的奇妙效果一传十十传百，几乎引起轰动，许多王公贵人都争着爬上了望台用它向大海窥望远来的船只。到了1612年，希腊的一位数学家将它起名为“telescope”，意为“远看”。这个名字比较贴切的表明了它的功能，因此沿用至今。

伽利略像

1609年5月，正在尼斯作学术访问的伽利略得知这个消息后，怦然心动，赶紧结束行程，返回大学，思索了一个晚上，就悟出了其中的光路的奥秘。很快就动手做成了一架望远镜，他用一段空管子，一头嵌上凸透镜，另一头嵌上凹透镜。

伽利略制作的第一台望远镜

可以把远处物象放大三倍，很快他又做出一架放大20多倍的，用的都是单片儿的凹凸透镜。伽利略的功绩是：在别人谁也没有想到时，他第一个把望远镜指向天空。这是1609年12月下旬的一个晴朗的晚上。这时他渴望知道的是通过望远镜观看——等于是升上天空凑近了去看天体——那么会看到什么细节呢？会看到新的星体吗？很快他的好奇心就得到了极大的满足，他看到了月球的地形，太阳上的黑点，金星的盈亏，木星的卫星，银河由无数恒星组成。这些发现成为轰动一时的新闻。当时称哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。从此随着望远镜的逐步改良，人类对天体的知识一天比一天增加。这种最早发明的望远镜类型称“伽利略式望远镜”，它以凸透镜为物镜，以凹透镜作目镜，其图像呈正向。这种镜子虽然制造简单，但缺点很多：它没有实像，视场小，边缘发暗。

在伽利略视望远镜出现后两年，公元1611年，德国科学家开普勒提出了另一种望远镜设计方案。

开普勒像

物镜和目镜都用凸透镜，原理是用凸透镜形成实像，再用高倍的放大镜去看这个实像。

开普勒的视力很差，既不擅长观测，也不擅长动手制作，但别人将这种望远镜制成时，发现它远优于伽利略式望远镜，人们就将其称为开普勒式望远镜。它视场大，图像为实像，测量方便，美中不足的是图像呈倒像。

不过人们对天体毕竟不像对日常生活那样有严格的正到观念，所以观测天体时，虽然看到的是倒像，也无大影响，对寻星跟踪的调试也很快就能适应，因此被天文学观测广泛使用。这样伽利略式望远镜就慢慢退出了天文学观测领域。而开普勒和伽利略式望远镜，都是以透镜作为物镜的，就被统称为折射望远镜。

常听有人问这台望远镜能看多远，这是外行人问的话，答案是：无穷远，只要这个天体的光能到达这里。从根本上说，望远镜主要有两个作用，放大和增亮。在望远镜发明时，发明者首先意识到的是其放大作用看得多远，相当于拉近了距离。伽利略把望远镜用于天文观测，也首先想的是把天体拉近和放大，后来人们才知道像太阳，月亮，行星，星云这样的有视面体，是可以通过望远镜将其放大的，这样能够看到更多的细节。但恒星这样的点光源无论怎么放，即使在现有的技术之下也不会变大。那么为什么通过望远镜看到了那么多恒星？这时科学家才注意到，望远镜还有增亮的作用，它可以将物镜收集的光线全部射入人的瞳孔，所以人就觉得恒星变亮了，于是看到了许多肉眼看不到的恒星。人们又发现，物象通过望远镜被放大之后，也并不像人们真走近去看那样，变得那么清晰。也就是说物象放大后可能会变模糊。这就需要人们采取各种途径使图像变清晰。提高分辨能力。随着光学和相关技术的发展，人们发现望远镜的放大倍数是不能无限增加的，上限约在300~400倍，但其增亮作用和分辨能力则大有潜力可挖。只要将物镜加大，二者就会增加，所以从此望远镜的物镜越做越大。人们最关心的也不再是它能放大多少倍，而是它的极限星等。所以称其为望远镜已不甚准确，因其增亮作用最重要，故称其为“增亮镜”似乎更准确。也正是人们努力追求放大，增亮，分辨率的过程中，望远镜出现不同的类型，并不断发展竞争，不但大大武装了天文学家的眼睛，也促进了光学，材料，工艺等相关领域的发展。

为了让大家也能了解开普勒望远镜的原理，天文馆推出了DIY50组装望远镜套装。组装简单，即使孩子也能轻松完成。塑料筒身结构轻巧，即使孩子也能用手轻松举起观测。孩子们通过亲自动手组装望远镜，了解开普勒望远镜的基本原理。来吧，和家人一起组装一台属于你自己的望远镜，像以前的科学家一样，在晴朗的夜晚用望远镜指向天空，认真的观察我们的星空吧！

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（文：刘玉宾）

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