普通天文學/望遠鏡/基礎光學

儘管“望遠鏡”這個詞源於希臘語，意為“遠視”，但“看到遙遠的東西”並不能很好地描述望遠鏡的功能。如果一個物體足夠明亮，無論它有多遠，我們都能看到它。事實上，望遠鏡主要有三個功能：

1. 集光
2. 解析度
3. 放大倍率

在瞭解望遠鏡如何實現這三個目標之前，讓我們先暫停一下，學習一些光學原理。

反射和折射

最原始型別的望遠鏡是折射望遠鏡（也稱為折射鏡），伽利略在17世紀就使用過。後來，牛頓設計並製造了反射望遠鏡（也稱為反射鏡），利用鏡子。我們首先關注折射望遠鏡。一個基本的折射鏡由一個會聚透鏡組成，它將光聚焦到焦平面上，然後放置探測器和儀器。正如前一章所討論的，光線穿過透鏡的路徑可以用斯涅爾折射定律來理解：

$n_{1}\sin {\theta _{1}}=n_{2}\sin {\theta _{2}}\,.$

放大倍率

望遠鏡的放大倍率可以用以下公式表示：mag=物鏡焦距÷目鏡焦距

集光能力

由於天空中大多數物體都很暗，望遠鏡有效地收集並匯聚光線供我們觀察。它們有多暗？簡短的計算可以幫助解釋。

太陽距離我們1個天文單位（約1.5e+11米），它發出的光線“散佈”在球形表面（實際上是能量散佈在表面，我們稱之為通量）。假設我們有一個孔徑為2米（直徑）的望遠鏡，那麼從太陽收集的光線比例為

${\frac {\mbox{light collecting area}}{\mbox{area of spherical surface}}}={\frac {\pi (1)^{2}}{4\pi (1.5\times 10^{11})^{2}}}\simeq 1.1\times 10^{-23}\,.$

對於太陽系以外的物體，它們距離我們數百萬甚至數十億倍。因此，天文學家更喜歡建造更大的望遠鏡來獲得更大的集光能力。