望远镜物镜和目镜焦距关系

伽利略设计和制造的望远镜用凸透镜作物镜，用凹透镜作目镜，成正立的像。这种望远镜叫做“伽利略望远镜”。开普勒很快在他的《屈光学》中提出一种设计，目镜也用凸透镜，这种望远镜视场大，成倒像，用于天文观测，叫做“开普勒望远镜”或“天文望远镜”。

早期的折射望远镜存在着一些缺陷。首先当时使用球形曲率的透镜，使得平行光不能被聚焦，因此不能形成清晰的像。17世纪的研磨和抛光技术无法消除透镜的球面像差。其次，即使透镜能使单色光聚焦，但由于不同颜色的光有不同的折射率，因此不能严格聚焦于一点。这种色差的存在仍旧阻止天文学家获得清晰的像。

图8.1　伽利略亲手制作的两架望远镜，现藏于佛罗伦萨博物馆

为了抑制球面像差和色差，只能采用小曲率即长焦距的透镜来制造折射望远镜。赫维留斯（J.Hevelius，1611－1687）用过的一架望远镜，焦距长达45米。这架望远镜的整个镜筒吊在一根30米高的桅杆上，需要很多人用绳子来操控它的升降。卡西尼（Giovanni Domenico Cassini，1625－1712）用过的一架望远镜焦距长达41米。惠更斯（Christiaan Huygens，1629－1695）干脆设计了一架目镜和物镜之间只有一根绳子连接的望远镜。这架望远镜的透镜口径只有10厘米，焦距则长达37米。为了避免镜筒自重造成的弯曲，惠更斯干脆取消了镜筒。他把物镜和目镜各装在一个金属圆筒里，把物镜圆筒安装在高度可调节的高竿上，目镜安置在地面的一个木支架上，用细绳把物镜和目镜连接起来。这样的望远镜要对准一颗星是很困难的。由于没有镜筒，周围的散光也容易进入目镜，使星像变淡。但是为了减少色差，这些似乎是值得付出的代价。