天文望远镜分成三类:折射式、反射式、折反式

文章作者:Lily | 2016-06-12
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在大家心里世界上存在无数种天文望远镜,只是它们拥有不同的形状和尺寸,可以被分为三大类:折射式、反射式、折反式。

折射式

折射式望远镜的外形是天文望远镜的传统形状——一个长的、有质感的镜筒,在前部装有一个大透镜,后部装有一个目镜。前部的透镜(物镜)聚集光线,光线在镜筒后部形成图像。目镜是一个小的放大镜,用来看到那个图像。

这是一个镜筒较短的现代折射式望远镜的横截面。大多数折射式望远镜的镜筒长度是其口径的8 倍至1 2 倍,这一特点使它们显得很笨重。然而,太阳观测者和行星观测者偏好这种望远镜呈现的高对比度图像。

高品质的折射式望远镜经常是太阳观测者和行星观测者追求的对象,因为这些观测者很看重它呈现的具有高对比度的、能经得起放大的绚丽图像。事实上,在相同口径下,一个制作精良的折射式望远镜能提供最高品质的图像。

折射式望远镜的另外一个优势是,它通常比其他类型的望远镜更结实,因为它的透镜不那么容易错位。因此,折射式望远镜特别适合想要易拆卸设备的观测者,以及不想花时间修补光学元器件的人。

不过,这些性能优势意味着很高的价格。一个很大又很精致的物镜可以说是一个由特种玻璃制成的、经过手工打磨的艺术品。因此,折射式望远镜是同等口径下最贵的。

同时,我们通常见到的望远镜中,折射式望远镜的镜筒长度使得它一点也不灵活。一个口径4英寸(约13厘米)的折射式望远镜的镜筒能有1.2米或者更长。并且,由于目镜在镜筒较低的一端,如果你想观测头顶上方的物体,一个高高的三脚架就是必需的了。这个三脚架还必须非常稳固,以防止高倍率观测下的抖动,因此三脚架不光很贵,而且会很笨重。对于深空观测者,折射式望远镜也许并不能收集足够的光线来观测暗弱物体,并且观测的视角会显得太窄。现在,最新的光学设计已经能制造镜筒长度更短、更容易操作的折射式望远镜了,当然,价格也会相当高。

反射式

典型牛顿反射式望远镜的横截面。仅从性价比上讲,反射式是最值得买的一种望远镜。但因其镜面的清洁和光学系统的矫正很烦琐,让很多观测者敬而远之。

除了折射式望远镜,还有一种形式叫反射式望远镜。这种望远镜应用反射镜来聚焦光线。反射式望远镜中最常见的形式是牛顿反射式望远镜(简称牛反,由艾萨克·牛顿发明)。牛反用一个具有一定弧度的凹面镜作主镜,放置在镜筒的末端。在接近镜筒顶端的地方,会有另外一个反射镜,它与主镜呈一定角度,从而将主镜收集的光线反射到目镜中。

 

如果你想用有限的钱买到口径最大的望远镜,反射式望远镜是你的不二选择。如果你购买的反射式望远镜制作精良并且保养到位,它将能呈现高清晰、高对比度的图像,而不需要你花大价钱去买一个同样口径的折射式望远镜。

牛反的镜筒具有很好的可操作性,其长度一般不会超过主镜长度的8倍。也就是说,一个口径8英寸(约27厘米)的牛反,其镜筒长度不过1.2米,完全可以放置在轿车的后座上,从而方便地运输到郊区进行观测。再加上牛反的重心低于目镜,最终你会发现这是一种紧凑、稳定而且目镜高度相当合适的天文观测器材。

反射式望远镜的另外一个优势在于,这种望远镜是唯一能够正确反映目标形态的望远镜,而不是给出观测目标的镜像对称形态。这一点在你想要对比观测区域和星图时显得格外重要。

性价比之王应该授予反射式望远镜中的道布森式望远镜。这是一种安装在简易底座上的牛反。这种极受欢迎的天文望远镜的口径在4英寸到30余英寸(约100厘米)之间,能给观测者的自由观测带来最大的便捷。

像所有的反射式望远镜一样(反射式望远镜不止这两种形式,但是其他形式很少出现在业余爱好者的观测中,所以在此不做介绍),牛反也需要偶尔保养和维修。不像折射式望远镜的镜片是固定的透镜,反射式望远镜的镜片可能会出现错位,因此需要定期矫正来保持其观测性能,特别是当反射式望远镜经常被搬运时。当然,搬动一两次对牛反来说并不是什么大事,大多数这种形式的望远镜也就需要几个月维护一次。但是,对有些人来说,不得不矫正那些非机械造成的错位依然令人厌烦。

反射式望远镜开放的镜筒也意味着灰尘和污物容易沉积到镜面,即使在存放望远镜的过程中很小心地给它们盖上镜筒盖。这也意味着你必须经常清洁反射式望远镜。另外,如果反射镜片是由铝镀成的,就需要每10年或20年重新镀膜一次。而且,如果你生活在空气污染严重的城市或者沿海地区,需要重新镀膜的时间会更短。

折反式:折射和反射的最佳结合

图中是牛反的一种变形—— 道布森式反射望远镜。由于它的价格优势、易用性和便携性,现在已经成为非常受欢迎的望远镜。

施密特- 卡塞洛林折反式望远镜的横截面。折反式望远镜的价格在牛反和折射式望远镜之间,结构紧凑,可加载多种配件来给望远镜升级。

在折射式望远镜和反射式望远镜之外,还有第三种天文望远镜——折反式望远镜或者复式望远镜。折反式望远镜主要有施密特- 卡塞洛林式和马斯洛夫-卡塞洛林式两种,分别简称为施卡和马卡。这类望远镜出现于20世纪30年代,其设计目标是结合折射式和反射式的优点,采用透镜和反射镜两类光学器件来成像。折反式望远镜最大的优势是大部分都很紧凑,其镜筒长度仅仅是其口径的2倍至3倍,这是因为其光学系统可以将光线“折叠”。越小的镜筒越轻便,也越容易固定在底座上,能给你带来大口径、长焦距又便携的使用体验。

但在这里我们也给出警告。就像牛反一样,施卡也需要偶尔的光学矫正,这一点削弱了施卡对不愿意花时间矫正望远镜的人的吸引力。施卡的视野范围也很小。在费用方面,同样口径下,折反式望远镜的费用比反射式望远镜贵,比折射式望远镜便宜。和牛反一样,折反式望远镜的常见形式通过把一个小反光镜放置在光路上来“折叠”光线,但这会使得一部分光线被反射镜挡住,从而削弱了其在观测月球和行星方面的表现。尽管如此,如果制作精良,施卡和马卡还是会精致地呈现出多种天体的图像。

道布森式支架。它是一种典型的地平式支架,支架上的镜筒可以沿着经线上下移动(改变经度),或者沿着纬线左右转动(改变纬度)。其他地平式支架或许还能帮助望远镜进行缓慢转动以方便控制观测角度。

天文爱好者自制的道布森式支架

赤道仪式支架

和折射式望远镜一样的特点是,折反式望远镜的镜筒也是密封的,所以尘埃和污物大多被屏蔽在外,这一点会给天文望远镜这种需要被搬到远郊使用的天文器材加很多分。但是,如果你居住在露水比较多的地区(基本上每个地区都会出现露水),镜筒上就需要加装延长筒等器件,来防止水珠凝结在镜筒前端的光学矫正器上。

在实际使用过程中,很多人都试图寻找全能的、便携的(相对同一口径而言)望远镜,以便观测各种天体,进行天文摄影,所以他们都会选择折反式望远镜。这种形式的望远镜也可以说是最高科技的望远镜,可以配备各种拓展功能,比如电脑显示和成像矫正。总而言之,折反式望远镜是用途广泛、可搭载多种拓展元器件的天文望远镜。

天文望远镜的两类常用支架

图中望远镜用的支架是赤道仪。赤道仪能让追踪天体这件事变得很容易,即使地球在不断自转。一旦组装好(对准天球的南/ 北极),望远镜要想跟踪一个天体,就只需转动一个轴。更重要的是,配上一个电动跟踪仪,这件事还能自动完成。如果要进行天文摄影,赤道仪是必须配备的。

可以自动跟踪天体的地平式支架

如果没有一个稳定支架的帮助,世界上最好的望远镜也没用。望远镜必须依靠支架来瞄准目标天空,也必须依靠支架的转动来跟踪目标天体。

一个“稳定支架”指的是,当你转动高倍率望远镜来追踪天体时,支架能让镜筒在转动停止后的1秒内不再抖动。具体来说,当你操作望远镜找到最合适的焦距后,支架要能使观测画面不再颤抖。并且,当你调整观测角度时,目标不会一下子跳出视野。这样的要求已经足够排除普通商店里的大多数望远镜支架了。

尽管支架的种类很多,但你主要会遇见其中两种:地平式支架和赤道仪。

地平式支架的使用方式很像三脚架的云台,可以让望远镜低头、抬头(改变纬度)或者左右摇头(改变经度)。赤道仪也有两个可以调整的轴,其中一个轴和地球自转轴平行 从而让望远镜更好地追踪天体。

如果你的目的是用一台小望远镜偶尔观测天空或者白天观鸟,地平式支架会比较适合你。经过精心调试的这种支架可以慢慢地控制望远镜的转动,这样就能使观测视野平滑地移动(这一点在使用高倍率望远镜时特别吃香)。这个优点也会很明显地体现在你用高倍率望远镜跟踪一个天体时。

道布森式支架就是地平式支架的一种。用一些廉价的材料(比如刨花板或者特氟龙材料)就能制作它的骨架,所以这种支架花费不多、重心低、转动起来没有顿挫感。如果为牛反配上这种支架,就可以变得很好组装、操作简单、性价比超高。

如果要进行正式的天文观测,或者要进行天文摄影,你必须考虑使用赤道仪,因为它能消除地球自转对天体位置的影响。使用赤道仪,跟踪一个天体就会变成很容易的事,因为你只需要转动一个轴(而不是同时调整两个轴,这一点与地平式支架很不一样)。当你组装好赤道仪后,跟踪一个天体的全部工作就只剩下转动极轴的控制杆。

更复杂的支架还有现代高科技地平式支架,这种支架内置电动马达,能够实现自动跟踪天体,完全解放你的双手。

这几种支架里谁比较好呢?这是比较不出来的,因为它们有各自的长处。对于偶尔出来观测的人,他们会更想拥有方便携带、容易组装的望远镜,并且能用在各种地方,所以地平式支架更合适,尤其是道布森式支架。尽管赤道仪是大多数天文摄影和高倍率下观测天体的必备良品,但是这样的方便只出现在极轴矫正之后(赤道仪的一个极轴要和地球自转轴平行)。尽管极轴矫正并不是特别麻烦并且会越组装越熟练,但这项工作还是会占用一些观测时间的,尤其是当你有强迫症、要求自己矫正得特别准时(对天文摄影来说,校准的要求就比较高)。

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