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望遠鏡

關於同名星座，請見「望遠鏡座」。
關於隨身攜帶雙筒的望遠鏡，請見「雙筒望遠鏡」。

望遠鏡是一種可以透過透鏡或面鏡將電磁波（例如可見光）折射或反射以協助觀察遠方物體的工具。已知能實用的第一架望遠鏡是在17世紀初期在荷蘭使用玻璃透鏡發明的。這項發明現在被應用在陸地和天文學。

靠近加州洛杉磯，位於威爾遜山天文台的100英吋（2.54 公尺）的虎克反射望遠鏡。

在第一架望遠鏡被製造出來幾十年內，用鏡子收集和聚焦光線的反射望遠鏡就被製造出來。在20世紀，許多新型式的望遠鏡被發明，包括1930年代的電波望遠鏡和1960年代的紅外線望遠鏡。「望遠鏡」這個名詞現在是泛指能夠偵測不同區域的電磁頻譜的各種儀器，在某些情況下還包括其他類型的探測儀器。

英文的「telescope」（來自希臘的τῆλε，tele意「遠」＂far＂ 和 σκοπεῖν，skopein意「視」＂to look or see＂，合併為τηλεσκόπος音為＂teleskopos＂，意「遠視」＂far-seeing＂）。這個字是希臘數學家喬瓦尼·德米西亞尼在1611年於伽利略出席的意大利猞猁之眼國家科學院的一場餐會中，推銷他的儀器時提出的[1][2][3]。在《星際信使》這本書中，伽利略使用的字是"perspicillum"。

簡史

主條目：望遠鏡史
 
格林威治皇家天文台"洋蔥"式的圓頂內安放的是28英吋的折射望遠鏡。在前景中的是口徑120公分（47英寸）的威廉·赫歇爾反射望遠鏡（由於它的焦距長度，被稱為"40英尺望遠鏡"）剩餘部分。

關於望遠鏡，現存的最早紀錄是荷蘭米德爾堡的眼鏡製造商漢斯·利伯希在1608年向政府提交專利的折射望遠鏡[4]。實際的發明者是誰不能確定，它的發展要歸功於三個人：漢斯·利伯希、米德爾堡的眼鏡製造商扎哈里亞斯·揚森（英語：Zacharias Janssen）和阿爾克馬爾的雅各布·梅修斯（英語：Jacob Metius）[5]。望遠鏡被發明得消息很快就傳遍歐洲。伽利略在1609年6月聽到了，就在一個月內做出自己的望遠鏡用來觀測天體[6][7]。

在折射望遠鏡發明之後不久，將物鏡，也就是收集光的元件，用面鏡來取代透鏡的想法，就開始被研究[8]。使用拋物面鏡的潛在優點 －減少球面像差和無色差，導致許多種設計和製造反射望遠鏡的嘗試[9]。在1668年，艾薩克·牛頓製造了第一架實用的反射望遠鏡，現在就以他的名字稱這種望遠鏡為牛頓反射鏡。

在1733年發明的消色差透鏡糾正了存在於單一透鏡的部分色差，並且使折射鏡的結構變得較短，但功能更為強大。儘管反射望遠鏡不存在折射望遠鏡的色差問題，但是金屬鏡快速變得昏暗的鏽蝕問題，使得反射鏡的發展在18世紀和19世紀初期受到很大的限制 －在1857年發展出在玻璃上鍍銀的技術，才解決了這個困境[10]，進而在1932年發展出鍍鋁的技術[11]。受限於材料，折射望遠鏡的極限大約是一公尺（40英吋），因此自20世紀以來的大型望遠鏡全部都是反射望遠鏡。目前，最大的反射望遠鏡已經超過10公尺（33英尺），正在建造和設計的有30-40公尺。

20世紀也在更關廣的頻率，從電波到伽瑪射線都在發展。在1937年建造了第一架電波望遠鏡，自此之後，已經開發出了各種巨大和複雜的天文儀器。

類型

 
在建造中的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡主鏡。這是組合鏡（英語：segmented mirror），它塗上金（橙紅色）以反射可見光、近紅外線以及中紅外線。

望遠鏡這個名詞涵蓋了各種各樣的儀器。大多數是用來檢測電磁輻射，但對天文學家而言，主要的區別在收集的光（電磁輻射）波長不同。

望遠鏡可以依照它們所收集的波長來分類：

比較的光
名稱 波長 頻率 (Hz) 光子能量 (eV)
伽瑪射線 短於0.01 nm 超過10 EHZ 100 keV – 300+ GeV X
X射線 0.01至10 nm 30 PHz – 30 EHZ 120 eV至120 keV X
紫外線 10 nm – 400 nm 30 EHZ – 790 THz 3 eV至124 eV
可見光 390 nm – 750 nm 790 THz – 405 THz 1.7 eV – 3.3 eV X
紅外線 750 nm – 1 mm 405 THz – 300 GHz 1.24 meV – 1.7 eV X
微波 1 mm – 1 meter 300 GHz – 300 MHz 1.24 meV – 1.24 µeV
電波 1 mm – km 300 GHz – 3 Hz 1.24 meV – 12.4 feV X

隨着波長的增加，可以更容易地使用天線技術進行電磁輻射的交互作用（雖然它可能需要製作很小的天線）。近紅外線可以像可見光一樣的處理，而在遠紅外線和次毫米波的範圍內，望遠鏡的運作就像是一架電波望遠鏡。例如，觀測波長從3微米（0.003mm）到2000微米（2毫米）的詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡（英語：James Clerk Maxwell Telescope）（JCMT），就使用鋁製的拋物面天線[12]。另一方面，觀察從3μm（0.003毫米）到180微米（0.18 毫米） 的斯皮策太空望遠鏡就可以使用面鏡成像（反射光學）。同樣使用反射光學的，還有哈伯太空望遠鏡可以觀測0.2μm（0.0002 毫米）到1.7微米（0.0017 毫米），從紅外線到紫外線的第三代廣域照相機[13]。

在望遠鏡設計中的另一個門檻，隨着光子能量的增加（波長變短和頻率增加）是使用全反射光學，而不是粗略的入射光學。像是TRACE和SOHO望遠鏡使用特殊的面鏡反射極紫外線，否則不可能產生高解像度和較亮的影像。大口徑並不意味着能收集更多的光，它收集的是高階繞射極限的光。

望遠鏡也可以依據所在的位置來分類：地面望遠鏡、太空望遠鏡或飛行望遠鏡（英語：Airborne observatory）。它們還能依據使用者是專業天文學家，還是業餘天文學家來分類。擁有一架或多架望遠鏡與其它儀器的永久性房舍或載運工具，稱為天文台。

光學望遠鏡

 
尼斯天文台的50公分折射望遠鏡。
主條目：光學望遠鏡

光學望遠鏡主要是收集並聚焦電磁頻譜中可見光部分的光線（雖然有些在紅外線和紫外線的波段工作）[14]光學望遠鏡明顯增加遠處物體的視角大小和視亮度。為了對影像觀察、拍照、研究、並發送至電腦，望遠鏡會採用一個或多個光學曲面的元件來工作。通常由玻璃的透鏡或面鏡收集線或其它電磁波的輻射，將這些光或輻射匯聚到焦點上。光學望遠鏡使用在許多天文和非天文的儀器，包括：經緯儀（包括中星儀）、鑑識望遠鏡、 單筒望遠鏡、雙筒望遠鏡、相機鏡頭、和間諜鏡。望遠鏡有三種主要的學類型：

除了這些基本的光學類型之外，還有許多改變光學設計以適合它們執行任務的子類型，像是攝星鏡、尋彗鏡、太陽望遠鏡等等。

電波望遠鏡

主條目：電波望遠鏡
 
位於美國新墨西哥州的聖阿古斯丁平原上的甚大天線陣。

電波望遠鏡是電波天文學使用，有指向天線（英語：Directional antenna）天線的望遠鏡。這些盤面有時是用導電的金屬絲網建造，其口徑小於所觀測到的波長。多元素的電波望遠鏡由成對或更多的小望遠鏡組成，以合成口徑相等於彼此間距離的虛擬望遠鏡，這個程序被稱為孔徑合成（英語：Aperture synthesis）。在2005年，紀錄上的陣列大小是地球直徑的許多倍 －利用位於太空的甚長基線干涉測量望遠鏡，像是日本的HALCA（英語：HALCA）（高度先進通信和天文學實驗室VSOP (VLBI Space Observatory Program) satellite （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）） 孔徑合成現在也被應用在光學望遠鏡，使用在光學干涉儀 (光學望遠鏡陣列)，和在單一望遠鏡上使用口徑遮蔽干涉（英語：Aperture masking interferometry）。當可見光被阻擋或微弱時，電波望遠鏡也用來收集微波輻射，例如類星體。有些電波望遠鏡被使用於專案，例如SETI和阿雷西博天文臺尋找外星生命。

X射線望遠鏡

主條目：X射線望遠鏡

大氣層的電磁頻譜不透明度

參見：大氣質量

由於大氣層對大部分的電磁波譜是不透明的，所以只有少數波段可以從地面觀測得到。這些波段是可見光、近紅外線和一些無線電波部分的頻譜。由於這個原因，地面上沒有遠紅外線、或X射線的望遠鏡。因為這些波段必須從軌道上才能觀測。即使從地面上可以觀測的波段，因為視像度的緣故，在軌道上的衛星安置光學望遠鏡依然是有利的。

 
電磁波譜與地球大氣層的透射率（或不透明度），以及可用於成像波譜部分的望遠鏡類型。

體系結構

規格參數

製作工藝

參考文獻

引用

  1. ^ archive.org "Galileo His Life And Work" BY James La Rosa "Galileo usually called the telescope occhicde or cannocchiale ; and now he calls the microscope occhialino. The name telescope was first suggested by Demisiani in 1612"
  2. ^ Sobel (2000, p.43), Drake (1978, p.196)
  3. ^ Rosen, Edward, The Naming of the Telescope (1947)
  4. ^ galileo.rice.edu The Galileo Project > Science > The Telescope by Al Van Helden: The Hague discussed the patent applications first of Hans Lipperhey of Middelburg, and then of [[Jacob Metius]] of Alkmaar... another citizen of Middelburg, [[Zacharias Janssen]] is sometimes associated with the invention. [2014-12-26]. （原始內容存檔於2017-08-03）. 
  5. ^ galileo.rice.edu The Galileo Project > Science > The Telescope by Al Van Helden "The Hague discussed the patent applications first of Hans Lipperhey of Middelburg, and then of Jacob Metius of Alkmaar... another citizen of Middelburg, Sacharias Janssen had a telescope at about the same time but was at the Frankfurt Fair where he tried to sell it". [2014-12-26]. （原始內容存檔於2017-08-03）. 
  6. ^ NASA - Telescope History. www.nasa.gov. [2018-04-08]. （原始內容存檔於2021-02-14）. 
  7. ^ Loker, Aleck. Profiles in Colonial History. Aleck Loker. 20 November 2017 [2018-04-08]. （原始內容存檔於2021-02-14） –透過Google Books. 
  8. ^ Stargazer – By Fred Watson, Inc NetLibrary, Page 109. [2014-12-26]. （原始內容存檔於2013-06-02）. 
  9. ^ Attempts by Niccolò Zucchi and James Gregory and theoretical designs by Bonaventura Cavalieri, Marin Mersenne, and Gregory among others
  10. ^ madehow.com – Inventor Biographies – Jean-Bernard-Léon Foucault Biography (1819–1868). [2014-12-26]. （原始內容存檔於2012-05-22）. 
  11. ^ Bakich sample pages Chapter 2, Page 3 "John Donavan Strong, a young physicist at the California Institute of Technology, was one of the first to coat a mirror with aluminum. He did it by thermal vacuum evaporation. The first mirror he aluminized, in 1932, is the earliest known example of a telescope mirror coated by this technique." (PDF). [2014-12-26]. （原始內容存檔於2017-07-10）. 
  12. ^ The James-Clerk-Maxwell Observatory: The largest submillimetre radio telescope in the world. [2014-12-26]. （原始內容存檔於2011-02-05）. 
  13. ^ ESA/Hubble – Hubble's Instruments: WFC3 – Wide Field Camera 3. [2014-12-26]. （原始內容存檔於2020-11-12）. 
  14. ^ Barrie William Jones, The search for life continued: planets around other stars, page 111. [2015-01-12]. （原始內容存檔於2016-12-01）. 

來源

參看

外部連結

 
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