(新版面第一貼)
反射望遠鏡有數(shù)種設計,現(xiàn)在只談談結構簡單的牛頓式。
牛頓式望遠鏡最主要的結構是一塊鍍上反射物質的球面或拋物面玻璃。球面鏡作用是把星星來的平行光反射聚焦一點,然后靠一塊細小光學平面鏡放置于焦點前,把光作90度角的反射至望遠鏡筒的邊緣,再由一塊凸透鏡將形像放大,便獲得普通望遠鏡應有的效果。不過球面鏡中心和旁邊的反射角不同,故此成像并不完全聚焦于同一點上,而形成球面差;但 拋物面 卻可矯正這缺點,使離開光軸較遠的光線也可以同時聚于焦點上,因此實際上牛頓式望遠鏡主鏡乃拋物線面。
球面鏡成像
拋物面成像
設計望遠鏡時要考慮到它的實際用途,我們是用來觀察或是攝影的,我們要求的放大倍數(shù)等等,這便要介紹一下影響望遠鏡用途的各種因素。
放 大 倍 數(shù)
望遠鏡的放大倍數(shù)是物鏡和目鏡焦距之比。即物鏡焦距越長,放大倍率越高;目鏡焦距越短,放大倍率越高。放大率亦可以量度入射瞳孔和出射瞳孔的直徑求得,入射瞳孔通常即望遠鏡物鏡直徑。
放大倍數(shù)越低,影像越清晰,最宜觀測暗星云。放大率高則可用來看行星表面的細微結構,但光度很弱。每枝望遠鏡的最高有效放大倍數(shù)是物鏡直徑的50倍。例如六吋口徑望遠鏡便可放大到 300倍。
雖然天文望遠鏡的物鏡焦距是不能改變的,但望遠鏡放大倍數(shù)則不是固定的,它可以通過變換目鏡焦距的方式而獲得不同的倍率。但目鏡制造困難,多數(shù)購自光學商店,業(yè)余制鏡者只自制主鏡部份。
即:放大倍數(shù)=物鏡焦距/目鏡口徑
=入射瞳孔直徑/出射瞳孔直徑
直徑(吋) 直徑(mm) 最低有效倍數(shù) 最高有效倍數(shù)
1 25 3.5 50
2 51 7 100
2.5 63 9 125
3 76 10 150
4 100 14 200
6 150 21 300
8 200 28 400
10 250 35 500
12 300 42 600
1 吋 = 25.4 毫米 (mm)
焦比(Focal Ratio)
望遠鏡放大倍數(shù)不能無限制的增加,即目鏡不能太短;最短約四毫米,主鏡焦距亦不能太長,究竟焦距長度如何決定呢?通常焦距和物鏡直徑的比例不能超過一個數(shù)值,它們的比值稱為焦比,焦比是用來表示望遠鏡的特性的指標,焦比即照相機上的光圈,焦比值多數(shù)定于2.5 和 1 1 之間。例如六吋望遠鏡焦距最長可達 66 吋,最短是 15 吋。
焦比的限制是和望遠鏡的曲率有關,焦比大,球面和拋物面值相差不遠,主鏡磨成球面便行。但焦比太大,鏡筒便會很長,搬運不方便,腳架制作也不容易。焦比短,球面主鏡便不能把平行光聚于一點,形成球面差,那時要將球面修改成拋物面就頗費功夫。
另一方面,照相曝光時間和焦比的平方成正比,所以焦比值越小曝光時間越短,拍攝暗星體時便很有用,故多用作觀測或拍攝星云、星團。焦比大,焦距長度增加,放大倍率高,故此多用作觀測行星。
即:焦比=焦距/物鏡直徑(通常會寫成F/或F值)
望遠鏡口徑越大,集光力愈強,可以看見星星的數(shù)目亦增加,集光力是收音機收集光線比眼睛強多少倍的意思。集光本領乃望遠鏡物鏡直徑平方和瞳孔直徑平方之比。人的瞳孔,日間受光影響,故收縮,晚上則盡量擴大,直徑伸縮由四毫米至八毫米,平均值是七毫米。
望遠鏡比肉眼大上許多倍,以一枝150 毫米即六吋口徑反射鏡來記算,就比肉眼看東西明亮 495 倍。當然望遠鏡口徑大還可以觀察到更加暗的星星,口徑和星等的關系如右。
人的瞳孔是固定的,所以要增加集光本領就唯有向物鏡直徑打主意,造一枝大口徑望遠鏡。但大口徑鏡的球面和拋物面值相差頗大,一定要磨成拋物面,初學者未掌握好磨鏡技術的話,因該以小口徑開始。另外大口徑望遠鏡又必須做一座重型精密、穩(wěn)定性高的腳架,否則在調校光軸,對準星體時就會出現(xiàn)困難。而機械制作所花的時間可能還比磨鏡還多,怎樣可令至初學者興趣慢慢減低。而搬運如此重的裝備往郊外觀測也很成問題。經歷數(shù)次辛勞后,望遠鏡可能被放置在屋角去渡其晚年 。
即:集光本領=物鏡直徑(mm)平方/49
極限星等=1.77+5xlog物鏡直徑(mm)=8.8+5xlog物鏡直徑(吋)
直徑 直徑 集光本領 極限星等
吋 毫米 倍 星等
2.5 63 81 10.8
3 76 118 11.2
4 100 204 11.8
6 150 459 13.0
8 200 820 13.3
10 250 1300 13.8
12 300 1800 14.2
14 350 2500 14.5
16 400 3300 14.8
18 450 4100 15.1
20 500 5100 15.3
分 辨 本 領 (ResolvingPower)
集光本領,放大倍數(shù)并不能表達望遠鏡的質量,望遠鏡質地取決于它的分辨本領,它就是分開兩顆很相近的雙星的最高能力。分辨力高,星像清晰的六吋鏡會遠比只得集光力強的大口徑十吋鏡實用得多。天文觀察要求光學質量最高,若大口徑鏡只看見模糊的星像,用處就不大,只可用來看看風景吧!
英國業(yè)余天文學家杜氏(Dawes)根據觀測雙星的經驗,記算出望遠鏡口徑的最高分辨能力,這就是著名的杜氏極限(Dawes' Limit)。
六吋口徑望遠鏡,分辨本領最高是0.76 弧秒,雖然因星空觀察受大氣流動影響,而會使分辨本領降至一弧秒,但已經比肉眼只可分辨兩顆距離一弧分以上雙星的能力要大上六十倍。
以天文愛好者的需要和能力來決定定,初學者最適宜自制一枝六吋口徑,48 吋焦距,焦比是八的牛頓式望遠鏡,因為主鏡只需要磨成一個球面,鏡筒短,腳架制造比較容易。若喜歡輕巧和方便攜帶的可造一枝120 毫米口徑,720 毫米焦距,即 f/6 的望遠鏡。
計算方法:分辨本領=116/物鏡直徑(mm) (單位:弧秒)
=4.56/物鏡直徑(吋) (單位:弧秒)
直徑 直徑 分 辨 本 領
吋 毫米 弧秒
2.5 63 1.82
3 76 1.52
4 100 1.14
6 150 0.76
8 200 0.57
10 250 0.46
12 300 0.38
14 350 0.33
16 400 0.29
18 450 0.25
20 500 0.23