望远镜凸透镜组合

开普勒（1571—1630）出生在德国南部，他自幼视力就受到损坏，没法成为一个天文观测家。但他一生却能凭借“别人的眼睛”去实现科学的发现，并在光学理论和光学仪器研究方面作出了重大的贡献。

开普勒认为，伽利略虽然是第一个用望远镜来观察天空的人，在望远镜的制造上也作出了不可磨灭的贡献，但伽利略的望远镜基本上同荷兰眼镜匠制造的望远镜没有什么两样，都是由一块凸镜片作物镜、一块凹镜片作目镜组合而成的，在物理学上这称为折射望远镜。

用早期的折射望远镜观察发光物体时，镜筒里往往出现一种五颜六色的环，影响了望远镜的清晰度。这种彩色的环被称为色差。它是怎样产生的呢？开普勒研究后发现，这种望远镜的两个球状的透镜，理论上要求研磨得很均匀，事实上这是很难做到的。因此，光通过这种不均匀的球面时，不能聚集到一点上，从而形成了色环。

产生色差的原因找到了，开普勒便着手研究解决的办法。他发现人的眼睛也是一块透镜（晶状体），但它并不是球面，而是一个复杂的表面。人的眼睛看任何物体时，并不会产生色差，因此不会影响观测目标的清晰度。这对开普勒是个很大的启示，他建议用复杂表面的透镜来代替球面透镜。

自开普勒提出用非球面透镜来代替球面透镜的设想以来，经过了整整一个世纪的时间，仍然没有人能实现，因为非球面透镜太难磨制了。后来，开普勒也放弃了这一设想，改为设计制造一架长镜筒的望远镜。他把望远镜的目镜改为一个小凸透镜，把长焦距的透镜和短焦距的透镜配合在一起，这就好比给放大镜“戴上一副眼镜”。它的放大倍率同样按物镜和目镜的焦距之比来决定，但成像是倒立的。这对天文观测来说，没有什么坏处，而优点却非常突出。

经过开普勒改革后的折射望远镜——“开普勒式”望远镜，具有广阔的视野，再加上“十字丝”装在物镜成像的地方，可以用来测量恒星的位置，能用高放大倍率观测地面物体和天文星体，所以这种望远镜的实用价值很大。

1645年，波希米亚天文学家安东·玛丽亚·谢尔勒提出，如在开普勒望远镜的基础上，再添加一组附加的透镜，可以把颠倒的像再颠倒过来。现在，这种装置仍被用于望远镜瞄准器和工程经纬仪等地面设备上。而现在用作天文观测的“开普勒式”望远镜，并没有附加这种装置，所以看天体的图像时仍是颠倒的。

意大利天文学家弗朗西斯科·冯他纳（1600—？）首先使用开普勒望远镜观测行星。他从1640年起进行了一系列的观测，看见了木星上的横带和火星上模糊不清的斑纹。当时，用伽利略制造的望远镜只能辨认出木星的4颗卫星，而用开普勒望远镜却能看见它们在木星表面被太阳照亮时投下的影子，木星上被这些卫星遮掉阳光的部分是黑暗的。这个事实证明木星也像地球、月亮和金星一样，是一个黑暗的、全靠太阳光发亮的天体。

当时，用开普勒望远镜观察木星、火星和金星，获得的精度比伽利略望远镜观察的详细得多，证明了它们也是普通的行星。

开普勒望远镜的特点是物镜与目镜之间的距离很长，在它问世后的100年间，这种望远镜又变得更细更长了。在此后的日子里，天文学家们又竞相制作出更大更精密的仪器，使望远镜变得又大又笨重了。