牛頓望遠鏡

牛頓望遠鏡是英國天文學家伊薩克·牛頓（1643-1727）發明的反射望遠鏡，主鏡使用拋物面鏡，第二反射鏡是平面的對角反射鏡。它原理是使用一個彎曲的鏡面將光線反射到一個焦點上。這種設計方法比使用透鏡將物體放大的倍數高出數倍。

基本介紹

• 中文名：牛頓望遠鏡
• 發明者：牛頓
• 發明時間：1668年
• 類型：反射望遠鏡
• 主鏡：拋物面鏡
• 第二反射鏡：平面的對角反射鏡。

相關人物

牛頓（Isaac Newton,1642-1727）是英國偉大的科學家,其研究領域包括了物理學、數學、天文學、自然哲學、鍊金術和神學。牛頓發明了微積分,發現了萬有引力定律,創建了經典力學,設計並製造了第一架反射式望遠鏡等,被譽為人類歷史上最有影響力的科學家。正如恩格斯所說："牛頓由於發明了萬有引力定律而創立了科學的天文學

工作原理

牛頓在經過多次研製非球面的透鏡都不成功後，才決定用球面反射鏡作為望遠鏡主鏡。他把2.5厘米直徑的金屬磨製成一個凹面反射鏡，並在主鏡的焦點前放了一個與主鏡成45度角的反射鏡，使經主鏡反射後的會聚光經反射鏡後以90度角反射出鏡筒後到達目鏡。所有的巨型望遠鏡大多屬於反射望遠鏡，牛頓望遠鏡為反射望遠鏡的發展輔平了道路。

牛頓反射望遠鏡採用拋物面鏡作為主鏡，光進入鏡筒的底端，然後折回開口處的第二反射鏡（平面的對角反射鏡），再次改變方向進入目鏡焦平面。目鏡為便於觀察，被安置靠近望遠鏡鏡筒頂部的側方。牛頓反射望遠鏡用平面鏡替換昂貴笨重的透鏡收集和聚焦光線，從而使您的每一分錢提供更加多的光線會集的力量。

牛頓反射望遠鏡系統使您能擁有焦距長達1000mm而仍然相對地緊湊和便攜的望遠鏡。因為主鏡被暴露在空氣和塵土中，牛頓反射器望遠鏡要求更多維護與保養。然而，這個小缺點不阻礙這個類型望遠鏡的大眾化，對於那些想要一台價格經濟，但仍然可以解決觀測微弱，遙遠的目標的用戶來說，牛頓反射望遠鏡是一個理想的選擇。

由於光學系統的原理，牛頓望遠鏡的成像是一個倒像，倒像並不影響天文觀測，因此牛頓反射望遠鏡是天文學使用的最佳選擇。通過正像鏡等附加鏡頭，可以將圖像校正過來，但會降低成像質量。

牛頓望遠鏡的光學設計結合了施密特攝星儀和牛頓式反射望遠鏡的元素。這個系統將牛頓式反射望遠鏡的拋物面鏡換成球面鏡，因而產生了球面像差。但就像施密特-卡塞格林望遠鏡一樣，使用施密特修正板予以修正。次鏡則承襲牛頓式反射望遠鏡採用橢圓形的平面斜鏡。

優缺點

優點

1、和折射和折反望遠鏡，同樣口徑成本最低，因為大口徑的反射鏡比透鏡的生產成本低很多。

牛頓望遠鏡

2、緊湊合理，便攜性好，焦距可達1000mm以上。

3、由於焦比普遍較短(f/4到f/8)，更容易的獲得較大的視野，具有較好的微弱深空天體觀測性能，例如遙遠的星系、星雲和星團(但不是很方便，難度大於折反望遠鏡)。

4、長焦距的牛頓式望遠鏡可以獲得卓越的行星外觀，具有較好的月球和行星的觀測性能。

5、由於採用反射鏡作為主鏡，無色差。

6、由於光線無須穿透物鏡（它只從鏡子的表面反射），所以不需要特別的玻璃材料，只需要能掌握住正確的反射面形狀，且只需要處理一個表面（折射鏡通常需要處理四個表面），因此非常適合非專業人士自製DIY。

7、目鏡的位置在望遠鏡筒前端，與短焦比結合可以使用短而緊湊的架台系統，減少費用和增加便利性。

缺點

1、 一般不適合地面套用。

牛頓的第一架六吋鏡複製品

2、容易產生彗形像差，造成影樣偏離軸心擴散的變形現象。這種擴散在光軸上為零，隨著鏡子的視域呈線性的增加，也與焦距除以口徑的商（焦比）的平方反比來擴散。

通常在焦比大於f/6的系統，彗形像差已經可以忽略掉，不會影響目視或攝影的結果。

焦比小於f/4的系統，雖然不能忽視彗形像差，但可以藉由廣視野和低倍率成像來避免。

透鏡也可以用在修正牛頓主鏡的彗形像差上，讓影像恢復原有的明銳（所謂的“施密特-牛頓式”）。

3、副鏡在光路的中間，會遮擋部分光線，反射鏡的支撐結構還會使星像形成衍射星芒，並且降低銳度和反差。使用二或三個支架的支撐結構可以減少視覺上的星芒，減少衍射的峰值強度提高星像的反差。彌散斑狀的星像通常是由於支撐結構的不穩定和鏡筒內不規則流動的空氣使星光不能匯聚形成尖銳的星點。 雖然十字支撐結構能比三支架支撐結構更有效的消除衍射星芒，但三支架結構形成的六線星芒會給人一種審美上的良好觀感。
4、牛頓反射望遠鏡的校準是個問題。主鏡和副鏡的準直性會因為運輸和操作時的震動而偏離，這意味著望遠鏡可能在每次使用前都需要校準。

套用特性

套用共路外差干涉法分析了牛頓望遠鏡的偏振特性。根據菲涅耳定律求出了入射光S-偏光和P-偏光入射到望遠鏡各點的反射率公式。給出了共路外差干涉法測量牛頓望遠鏡偏振特性的實驗裝置原理圖。採用632.8nm的外差光源，分析了牛頓望遠鏡對S-偏光和P-偏光反射係數、相位差以及對入射光偏振度的影響，根據入射角度的不同繪製了相應的變化曲線。結果表明：鍍有鋁膜的牛頓望遠鏡對入射光偏振特性影響較小，S-偏光和P-偏光反射係數相差不到0．01，偏振度變化不超過0．07，適用於雷射遙感偏振成像的接收系統。