1608年的一天，荷兰小镇的一家眼镜店的主人利伯希为检查磨制出来的透镜质量，把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线，通过透镜看过去，发现远处的教堂塔尖好象变大拉近了，于是在无意中发现了望远镜的秘密。他用一张羊皮纸卷成一个筒，将两块镜片固定下来，第一个望远镜就此问世。利伯希称之为“明晰镜”，并认识到了这个发明的用处，譬如在航海、军事、旅行等方面都会大有用处。于是，他于当年10月向密德尔堡市议会及时报告，并为自己制作的望远镜申请专利。按照当局的要求，他制作了一架双筒望远镜，这一消息很快在欧洲各国流传开了。意大利科学家伽利略虽然没见过利伯希发明的望远镜，但这位伟大的科学家有广博的科学知识，特别是对光学的研究很深，经过仔细分析，自然就知晓了其中的原理。伽利略立即着手，自制了一架能把物体放大3倍的望远镜。
1个月之后，他制作的第二架望远镜能将物体观测放大8倍，第三架望远镜可以放大20倍。1609年10月，他做出了能放大30倍的望远镜。伽里略用自制的望远镜观察夜空，第一次发现了月球表面高低不平，覆盖着山脉并有火山口的裂痕。此后，伽利略用望远镜又发现了木星的4个卫星、太阳的黑子运动，由此作出了太阳在转动的结论。
几乎同时，德国的天文学家开普勒也开始研究望远镜，他在《屈光学》里提出了另一种天文望远镜的构架理论。这种望远镜由两个凸透镜组成，与伽利略的望远镜不同的是，它有更宽的观测视野。但是，开普勒没有制造他所介绍的望远镜。庆幸的是，1613—1617年，沙伊纳首次制作出了这种望远镜，他还遵照开普勒的建议，制造了能装置第3个凸透镜的望远镜，由此把2个凸透镜组成的望远镜的倒像变成了正像。
沙伊纳一共制作了8台这种类型的望远镜，并用它们一台一台地去观察太阳，无论哪一台都能看到相同形状的太阳黑子。因此，他更正了不少人认为黑子可能是由透镜上的尘垢引起的错误观点，证明了太阳黑子的真实存在。在观察太阳时，沙伊纳装上特殊遮光玻璃，而伽利略制作的望远镜则没有此种保护装置，结果灼伤了眼睛，最后几乎失明。荷兰的惠更斯为了减少折射望远镜的色差，于1665年做了一台筒长近6米的望远镜，以此来探查土星的光环，后来又做了一台将近41米长的望远镜。
自望远镜发明以来，在近400年的时间里，科学们家不断地改进、发明了不同式样、不同用途、不同构造、不同原理、不同功能的望远镜，并将它们用于军事、天文观测、航海等领域。值得一提的是，被送上太空的哈勃望远镜是一架无线电天文望远镜。
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