天文望远镜反射和折射

折射望远镜的色差问题，困扰了天文学家100多年。有的科学家悲观地认为根本没有办法能够消除色差，因为它是白光经透镜折射后所固有的。但也有人提出了怀疑。苏格兰的数学家格雷戈里（1661—1708）指出，人眼也可算是一个透镜，人们看每一件东西都非常清晰，是没有色差的。其原因可能是人眼内除了眼球的折射效应之外，还有许多液体对光产生折射，正好使各种折射的差别得到补偿，产生消除色差的效果。

英国数学家穆尔·霍耳（1703—1771）发现，火石玻璃（含有铅的成分，是一种密度大、透明度高、耐用的玻璃）与普通玻璃有不同的折射率。1733年，霍耳决定用普通玻璃做凸透镜，用火石玻璃做凹透镜，并使它们相吻合。为了不泄露消息，他交给两个厂家分别磨制。但不幸的是，这两家厂商都把这个任务交给乔治·巴斯去完成。因此，当霍耳设计的口径6.5厘米、焦距50厘米的消色差折射望远镜制成以后，这个秘密早就传开了。光学仪器商多洛德从乔治·巴斯那里打听得来这一发明之后，便着手磨制这种消色差折射望远镜。1757年，消色差折射望远镜公开生产，正式为天文观测服务。

美国马萨诸塞州的阿尔万·克拉克（1804—1887）早年从事画人体肖像，但十分酷爱天文学。他很希望自己能够磨制出一块好透镜，用在望远镜上。但他的磨制技巧差，懂得的也并不多，于是恳求天文学家邦德，让他参观一下38厘米长的折射望远镜。邦德同意了。克拉克仔细地研究了邦德制造的望远镜性能，检测了它的误差以及理想状态下的微小偏离。

克拉克回到家里，关闭了他的画室，专心致志地研究如何磨出一块好透镜来。经过几年的艰苦努力，他终于磨出了一块直径20厘米的优质透镜。但因为没有人相信他的透镜质量，结果无法卖出去。

一天，克拉克把这块优质透镜安装在自己制作的望远镜里。镜中出现了清晰的图像，分辨率很高。英国天文学家威廉·拉特·道斯称赞克拉克磨制的透镜质量好，便买了他的几块透镜，其中一块装在哈金斯的望远镜上。后来哈金斯在光谱方面的大部分开创性工作，都是用克拉克的透镜做出来的。

克拉克制作透镜出名之后，1859年被道斯邀请去了伦敦。后来，道斯又把他介绍给天文学家罗斯和约翰·赫歇耳等人。克拉克的精湛技艺受到天文学界的好评和尊敬，从此他的生意兴旺起来了，在两个儿子的帮助下，开设了一家专门制造透镜的工厂。

1860年，密西西比大学校长巴纳德，要买一块直径47厘米的透镜来装配一台美国最大的折射望远镜，决定向克拉克订货。克拉克父子承接了这项任务，于1862年磨成了两块这样的透镜，把它安装在一个简易的架子上。小克拉克将镜筒对准天狼星，发现了天狼星附近的一颗微小光点，这是以往高倍镜也没有发现的光点。专家们再三观测，研究这究竟是透镜上的瑕疵，还是真的有光点，结果证实了天狼星附近有一颗暗淡的伴星。

这个发现使克拉克得到了一枚法国科学院的奖章，这块透镜也因此而出了名。后来，这块透镜被运往芝加哥，安装在芝加哥大学迪尔伯恩天文台的一架望远镜上，长期成为美国天文学家乔治·华盛顿·霍夫（1836—1909）观测研究的工具。

1870年，克拉克父子又接受了美国海军天文台耗资5万美元，制造最大、最好的望远镜的新任务。几年之后，美国海军天文台折射望远镜成功地安装起来了，透镜跨度达66厘米，重45千克。该台的天文教授阿萨夫·霍尔亲自测试了这块透镜的性能。

阿萨夫·霍尔本来并没有受过什么正规教育，他从小没有父亲，十来岁的时候就在木器作坊里干活，以养家糊口。但霍尔自幼喜爱天文观察，这个欲望驱使他刻苦自学。1857年，他设法到哈佛天文台成了邦德的助手，每周薪俸3美元。到1863年，霍尔已充分显示了他的才能，被任命为海军天文台的天文教授。

1877年恰好是火星距离地球最近的一年。世界上所有的望远镜全都指向火星，都想观测火星是否有卫星。当时已知土星有8颗卫星。木星和天王星各有4颗卫星，海王星有1颗卫星，地球有1颗卫星。金星和水星由于离太阳太近，很难观察它们的状况，而要观察火星一般没有什么困难。在半夜时分，火星被太阳照射的反射光投向地球，就可以完全显出它的形态，因而天文工作者探测它的热情很高。

然而，要探索火星是否有卫星也并不是一件容易的事。因为长期以来一直没有发现，即使是有也可能很小，或者很接近火星本身，在火星的强烈反光下，很难被发现。

1877年8月初，霍尔用美国海军天文台的望远镜搜寻火星的卫星。他系统地从外向内朝火星表面进行观察。8月11日，他把望远镜瞄准火星附近和火星本身，火星的光焰干扰着他的观测，使他几乎决定放弃搜寻的愿望。

次日晚上，霍尔决定再作最后的搜寻。就在这个晚上，他在火星附近发现了一个微小的运动着的光点，可是一朵云彩飘然而至，视线被挡住了。他苦苦地一连等了5个夜晚，都没见好天气。8月16日，一个晴朗的夜晚，他举目从望远镜里看去，终于发现了一颗在火星旁边的卫星。次日晚上，他又发现了另一颗卫星。霍尔根据古代神话传说，以福波斯和德莫斯来命名这两颗卫星。

近一个世纪以来，许多人根据天文观测的结果，认为既然在火星上有运河、有绿洲，纷纷预测火星上会有生命，可能存在火星文明。英国作家威尔斯于1898年出版了《大战火星人》一书，书中描述火星人入侵地球，为的是寻找一个更有朝气、水源更充足的家园。这是第一部描述星际战争故事的小说。