牛頓望遠鏡是一種反射型望遠鏡，它的物鏡是反射鏡，和伽利略望遠鏡、雙筒望遠鏡是不同的。牛頓望遠鏡是用反射型物鏡，所以在這一環節上它沒有色差。

牛頓望遠鏡，使用平面鏡作為副鏡的反射望遠鏡，在鏡筒中心將星光反射到鏡筒外聚焦。該望遠鏡的光學設計結合了施密特攝星儀和牛頓式反射望遠鏡的元素。這個系統將牛頓式反射望遠鏡的拋物面鏡換成球面鏡，因而產生了球面像差。但就像施密特-卡塞格林望遠鏡一樣，使用施密特修正板予以修正。次鏡則承襲牛頓式反射望遠鏡采用橢圓形的平面斜鏡。

 

牛頓望遠鏡物理示意圖

 

牛頓望遠鏡的發明還有一個有趣的故事。

公元1668年的一天，英國劍橋大學校園東北角，科學家牛頓在研究所開始新一輪的光學試驗。這個試驗要求在黑暗的環境里進行，因此須用厚簾布把窗戶嚴嚴實實地遮住。一束陽光從圓圓的小孔中射進來，照在對面碩大的白色銀幕上。這束光的中間橫放著一個三棱鏡，可以把白色的陽光分解成瑰麗的七色光帶照映在銀幕上。這次，他準確的測量了紅、橙、黃、綠、青、藍、紫這七種光帶的位置，以及比原來的光點偏移的距離。

牛頓有些恍然大悟：“既然陽光含有這七種顏色，那么把這七種顏色重新聚在一起，就可以還原成白光了呀！”于是，牛頓又準備了質材相同、大小一樣的第二個三棱鏡，按想象進行試驗，果然還原成白光了。

牛頓由此得出結論：陽光看上去呈白色，實際上是由紅到紫的七種不同顏色的光聚集而成的。每一個顏色的光通過三棱鏡進行折射；但折射的角度各不相同。這些紅、黃、藍等顏色的光同時映進人的眼里，自然就顯現為白光。

 

牛頓望遠鏡在天文學上的運用

牛頓如此費勁研究光的顏色，是要摸透光的反射原理；摸透光的反射原理，其主要目的就是制造新型的望遠鏡。

制造新型望遠鏡，是牛頓重返劍橋大學的第一個重要課題。1667年初，由于瘟疫的平息，牛頓結束了家鄉十八個月的潛心研究，終于回到心儀已久的大學校園。關鍵十八個月的努力，讓他很快得到校方的認可；經校委會推薦，牛頓被評為三一學院的低級研究員。研究員有固定的工資，也可以申請合理的實驗費用。牛頓從此不再為經濟問題發愁。

當時的科學家們熱衷于發明先進的望遠鏡，以解決星空觀測問題。50多年前，科學家伽利略開始用折射望遠鏡觀察星空；但這種望遠鏡很落后，不但出現嚴重的色散現象，而且影像也比較模糊。牛頓作為劍橋大學光學研究所的骨干之一，發明新型望遠鏡是當仁不讓的事情。這就是他為什么日復一日在封閉的研究所做光學試驗的主要原因。

實驗中有一個物件很關鍵，那便是各種材料組成的凹面鏡。牛頓在研究所不遠處的寓所里，親自磨光鏡子的凹面。雖然很累，但很快樂，畢竟是他最感興趣的事兒。牛頓所用的材料是銅、錫和砷混合制成的合金。這種合金市面上沒有，是他自己研制的。

半年后的一天，牛頓終于做成一個新型望遠鏡，他稱之為反射望遠鏡。此鏡雖然只有長度15cm， 2.5cm直徑，卻能把原物象放大40倍，并且非常清晰。正如牛頓自己所說，這架反射望遠鏡放大倍數能與一架6英尺的折射望遠鏡相媲美。

牛頓研究的步伐沒有停止。1671年，他又動手做了一架比原來那架望遠鏡大得多的反射望遠鏡。國王查理二世得知后，便主動要求看看這架號稱當時最先進的望遠鏡。國王給牛頓回復鼓勵說：“做得好極了，希望今后更要更努力從事研究，任何情況下都不要放棄呀！”這架望遠鏡至今還躺在英國皇家學會的圖書館里，供世人瞻仰。

牛頓因為發明反射望遠鏡，得到大家的認可，并在歐洲享有盛名。1672年，29歲的牛頓被推薦加入英國皇家學會，成為當時獲得科學界最高榮譽的最年輕的人。他給皇家學會干事奧爾登伯格的信件中寫道：“我發明的這架望遠鏡得到學會的承認，這是我料想不到的事情。事實上，連我本人也沒有認識到它會有這么大的價值。”這種謙虛的胸襟讓世人贊嘆不已。

牛頓望遠鏡經改進后，在天文學上發揮了重要的用途。1999年12月10日，一枚阿里安5型火箭攜帶著10米長的XMM-牛頓衛星從法屬圭亞那的庫魯（Kourou）航天發射場升空。衛星花費了8天進入環繞地球的工作軌道，這是一條大偏心率的橢圓軌道，可以到達地月距離的1/3之遠。衛星上最關鍵的器材便是XMM-牛頓三架鍍金反射鏡。此鏡模塊開始將X射線聚焦到5架儀器上。光學監控照相機可以讓天文學家定位目標。最初的穩定新數據溪流幻化成了洪水，現在已經有超過2200篇研究論文是根據XMM-牛頓的觀測撰寫的。

XMM-牛頓望遠鏡仍舊位處天文學的前沿，為全球范圍內約2000位天文學家提供數據，這些天文學家現在每年可以撰寫出大約300篇經過評議的論文。每一秒的觀測時間都要經過高度競爭獲取，每當任務小組提交新的觀測提議，天文學家通常申請的時間是可提供的7倍。

至于未來，還有大量需要研究的東西。早年的倫琴望遠鏡為125000個X射線源編目，而XMM-牛頓只研究了其中的4300個。衛星甚至在升空10年后都保持了極佳的狀態。沙特爾說：“從技術上說，沒有什么阻止我們繼續觀測10年的東西。”

直到現在，安裝在英國威爾遜山的100英寸反射望遠鏡和派洛瑪山上的200英寸反射望遠鏡都是牛頓式的反射望遠鏡，而且堪稱目前最先進的望遠鏡。這便是牛頓為人類帶來的最大貢獻之一。

 

天文學家用牛頓望遠鏡觀測星空

 

最原始的牛頓望遠鏡

 

現代化的牛頓望遠鏡

 

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天文學的好幫手 牛頓望遠鏡

圖文簡介

牛頓望遠鏡是一種反射型望遠鏡，它的物鏡是反射鏡。