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有许多用大型望远镜的研究都要把目镜卸去，换上一套其他工具：有时是放一件装置底片的东西以便天象摄影研究，有时是一座分光镜以便分析天体的光，有时是一种特殊的装置来记录天体辐射的强度。望远镜的重要作用便是收集光，把光集中在一个焦点上，使人可以用上述或其他种种方法来研究。有的望远镜，例如威尔逊山天文台（Ｍｏｕｎｔ Ｗｉｌｓｏｎ Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ）的塔式望远镜是固定的。活动的镜子将天体的光一直引到望远镜上，再由望远镜将光集中于下面焦点上以便于实验室中的研究。
反射望远镜（1）
我们已经知道，在折射望远镜中，物镜是一具透镜，或许多透镜的组合，安置在镜筒的上端。它将星光折射到接近镜筒下端的焦点上去，在那儿形成一个影像，这影像可以用目镜来看，可以摄影，也可以用其他方法研究。伽利略（Ｇａｌｉｌｅｏ）所用的最早的望远镜以及那个时代所用的望远镜都是折射望远镜。这种望远镜经过了消色方法改良后的形式仍有最普遍的用途。
在反射望远镜中，物镜是一凹镜，安置在镜筒最下端。它将星光反射到接近镜筒上端的焦点上去。现在发生了必须解决的困难：要看焦点上的像，观测者必须从上面向镜中望去。如果他俯在镜筒上看，他便要看到他自己的影子在镜中了。他的头和肩都会遮去大部分射来的星光。因此必须想出方法来使焦点到筒外去，才能充分测得星的像。不同的方法结果造成不同形式的反射望远镜。现在应用的有主焦点系统、牛顿系统、卡塞格林系统、格雷果里系统、折轴系统等。本章介绍其中两种：一是牛顿式（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ），一是卡塞格林式（Ｇａｓｓｅｇｒａｉｎｉａｎ）。
牛顿式反射望远镜将一面小镜斜放在镜筒中接近筒顶的焦点之内。这面镜的反光面正好和望远镜的主轴成４５度角，从大镜射来会聚的光柱再向旁边反射到镜筒边上去。在那儿可以用平常的目镜来看，或者摄影。
因此，用牛顿式反射望远镜的观测口便在镜筒上端左边附近。观测者用目镜看去的方向正与他所观测的星星成直角。大型反射望远镜的观测台连在旋转圆顶上，正对着缝隙，很容易起落，使观测者能在适当的位置上去看望远镜所指向的任何方向。
卡塞格林式则有一较小的略显凸型的反射镜片放在主镜与其焦点之间。小镜把会聚的光柱再反射回去射向大镜，从大镜中央一小开口处通过，在镜后形成焦点，就在这儿安放目镜。用这种望远镜的观测者朝向他所观测的物体望去，正如同用折射望远镜一样。有许多反射望远镜是既可用成牛顿式，又可用成卡塞格林式的。
反射望远镜有许多优点，例如没有色差、观测波段宽、比折射望远镜更易制造等。但它也存在固有的不足：如口径越大视场越小，物镜需要定期镀膜等。现代的大口径光学望远镜大都是反射式的。
反射镜在三百多年前才广为采用，虽然其中的不同形式的原理已在更早五十年就由牛顿（Ｎｅｗｔｏｎ）、卡塞格林（Ｇａｓｓｅｇｉｒａｉｎ）及其他人说明过了。威廉？赫歇耳爵士（Ｓｉｒ Ｗｉｌｌｉａｍ Ｈｅｒｓｃｈｅｌ）制造了不少的反射望远镜，还用了几架来考察天象。一百多年前，爱尔兰业余天文学家罗斯爵士（Ｌｏｒｄ Ｒｏｓｓｅ）有一架直径１．８米的大反射望远镜，在当时已是巨无霸了。这架大望远镜为人们所知，尤其是因为它第一次看到了有些遥远天体的旋涡结构，那些天体后来就叫做漩涡星云。
早期反射望远镜的镜子是用金属盘（ｓｐｅｃｕｌｕｍ ｍｅｔａ）做成的。当镜面暗了的时候还须再磨光。赫歇耳、罗斯等人的大望远镜的机械部分相比现代的来说是非常粗糙的。它们并不能忠实地追随天体的西移运动，这对于摄影是十分关键的，或者说，其实在几乎所有现代天文观测中都是很重要的。
反射望远镜（2）
约在二百年前金属才被玻璃代替。将圆玻璃的一面磨成所需要的形状是镜片的基础——它的曲面上则需镀一层极薄的银膜或铝膜。它对红外区和紫外区都有较好的反射率，适于在较宽的波段范围研究天体的光谱和光度。镀银（铝）面暗淡不明时，可以很容易换上新的。实用的反射望远镜，为了避免像差，视场一般比较小，为了扩大视场，常常增加像场改正透镜。对于反射镜的材料，只要求它的膨胀系数较小、应力较小和便于磨制。
１９１８年底，海尔主持建造的口径２５４厘米的胡克望远镜投入使用。天文学家用这架望远镜第一次揭示了银河系的真实大小和我们在其中所处的位置。而且，哈勃就是通过这台望远镜的观察提出了宇宙膨胀理论。
１９３０年代，胡克望远镜的成功激发了天文学家建造更大反射望远镜的热情。１９４８年美国帕洛马山天文台建造了口径５０８厘米望远镜，命名为海尔望远镜，以此纪念卓越的望远镜制造大师海尔。这架望远镜从设计到完工经历了二十多年，尽管比胡克望远镜分辨能力更强，但它并没有使我们对宇宙有更新的认识。正如阿西摩夫所说：“海尔望远镜就像半个世纪以前的叶凯士望远镜一样，似乎预兆着一种特定类型的望远镜已经快发展到它的尽头了。”１９７６年苏联在高加索建成了一架６００厘米的望远镜，但它也没发挥多大作用，更加印证了阿西摩夫所说的话。
折反射望远镜
折反射望远镜出现于１８１４年，顾名思意，它是由折射元件和反射元件组成的。哈密尔顿提出在透镜组中间加入反射面，以增加光焦度，这样就能用一般的玻璃得到色差改正比消色差物镜更好的望远镜。
１９３１年，德国光学家施密特别出心裁地用一块接近于平行板的非球面薄透镜作为改正镜，与球面反射镜配合，制成了可以消除球差和轴外像差的折反射望远镜。这种望远镜就是施密特望远镜，它视场大、像差小，适合于拍摄大面积的天区照片，尤其对暗弱星云的摄影效果非常突出。
１９４０年马克苏托夫制作出了另外一种折反射望远镜。它用一个弯月形状透镜作为改正透镜，制成了另一类折反射望远镜，它的两个表面是两个曲率不同的球面，相差不大，但曲率和厚度都很大。它的所有表面均为球面，比施密特望远镜的改正板容易磨制，镜筒也比较短，但视场比施密特式望远镜小，对玻璃的要求也高一些。
折反射望远镜特别适合于业余的天文观测和天文摄影。现在，施密特望远镜和马克苏托夫望远镜已经成了天文观测的重要工具。
望远镜摄影术
天文学的最大进步之一便是摄影术在天体研究上的应用。回到１９世纪４０年代，纽约的德雷珀（Ｄｒａｐｅｒ）成功完成了一张月亮的银板照相（ｄａｇｕｅｒｒｅｏｔｙｐｅ）。利用更进步的发明，哈佛天文台的邦德（Ｂｏｎｄ）和纽约的卢瑟福（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ）开始把这项技术应用到月亮星辰上面去。这些先驱的企图当然不能与现代的天体摄影相媲美，但是卢瑟福所摄的昴星团及其他星团的相片到现在还有天文学的价值，也就可见他们的成功了。
为星辰照相是可以用普通照相机的，只要我们把它安置得像一架赤道仪一样可以追随星辰的周日视运动。几分钟的曝光便可以拍摄到比肉眼所见更多的星了——事实上用大照相机的拍摄是连一分钟也用不到的。可是天文学家平时所用的却是一种摄影望远镜。普通摄影机自然也能用，只要加上相当的改善装置，但为了得到最好的效果起见，望远镜的物镜必须造得使紫光蓝光到同一焦点，因为这种光是摄影底片最敏感的。
为摄影而设计的折射望远镜常做得比同口径的目视望远镜要短些，为的是可以同时多见更大的天空。同时为了使大视野的像更清晰并减少颜色的模糊，其中的物镜常是两重的，便是所谓的“双分离物镜”（ｄｏｕｂｌｅｔ）。例如巴纳德（Ｂａｒｎａｒｄ）用来成功实现他的举世无双的银河及彗星摄影的布鲁斯双分离物镜（Ｂｒｕｃｅ ｄｏｕｂｌｅｔ）。而哈佛天文台的６１厘米双分离物镜，曾经大大增加了我们对于南半天球的知识。只要物镜充分消去色散以后，折射望远镜是既可以目视又可用作摄影研究的。
在今日说来，摄影底片已大量的代替了眼睛用在望远镜上了。晴朗的天空被用作大量的摄影，而这些永久的记录又便于精密的研究。常常在一个特别有趣的天体（例如新行星或新星）发现以后，天文学家还可以在早先的该部分天空影片中寻找发现前许多年的历史。发现冥王星时的情形便是这样。
古代的天文学家记录太阳黑子、日食、行星、彗星、星云及其他天体的现象都用尽可能正确的图画。这些图画要长时间才能制成，其中还有艺术家个人的偏见。有时两位天文学家对同一天体的两张画竟互不相似，或者到后来又发现与原先的也大不相同。用摄影术我们可得到更真切的天体的影像，而且常常需要的时间更短。
天体摄影最大的优点是在长时间的曝光之后，底片上可得到许多肉眼看不大清楚或简直看不见的情形。譬如说，有些星云在照片中很明显，眼睛却在最大的望远镜中也不能看见。对一个极其黯弱的天体摄影需要若干小时的曝光，需要望远镜的活动部分移动得异常准确，需要天文学家的技术与耐性，这才能得到一张清晰的图画。
光电耦合器件ＣＣＤ的应用，使照相底片也成为了历史。ＣＣＤ可对天体进行实时观测，量子效率更高，拥有照相底片办不到的许多优点。
大型光学望远镜
凯克望远镜（Ｋｅｃｋ Ｉ，Ｋｅｃｋ ＩＩ）
凯克望远镜是当前世界上已投入工作的口径最大的光学望远镜，Ｋｅｃｋ Ｉ 和Ｋｅｃｋ ＩＩ分别在１９９１年和１９９６年建成，它们配置完全一样，而且都放置在夏威夷的莫纳克亚，用于干涉观测。它的名字源于为它捐赠建造经费的企业家凯克（Ｋｅｃｋ？Ｗ？ Ｍ）。
它们的口径都是１０米，由３６块六角镜面拼接组成，每块镜面口径均为１．８米，而厚度仅为１０厘米，通过主动光学支撑系统，使镜面保持极高的精度。焦面设备有三个：近红外照相机、高分辨率ＣＣＤ探测器和高色散光谱仪。
“凯克这样的大望远镜，可以让我们沿着时间的长河探寻宇宙的起源，甚至能让我们一直向回看，看到宇宙最初诞生的时刻。”
欧洲南方天文台甚大望远镜（ＶＬＴ）
欧洲南方天文台自１９８６年开始研制由四台８米口径望远镜组成一台等效口径为１６米的光学望远镜。这四台８米望远镜排列在一条直线上，它们均采用地平装置，主镜采用主动光学系统支撑，指向精度为１秒，跟踪精度为０．０５秒，镜筒重量为１００吨，叉臂重量不到１２０吨。这４台望远镜可以组成一个干涉阵，做两两干涉观测，也可以单独使用每一台望远镜。
大天区多目标光纤光谱望远镜（ＬＡＭＯＳＴ）
ＬＡＭＯＳＴ是中国正在兴建中的一架有效通光口径为４米、焦距为２０米、视场达２０平方度的中星仪式的反射施密特望远镜。它把主动光学技术应用在反射施密特系统，在跟踪天体运动中作实时球差改正，实现大口径和大视场兼备的功能。ＬＡＭＯＳＴ的球面主镜和反射镜均采用拼接技术，并且采用多目标光纤的光谱技术，光纤数可达４ ０００根，而一般望远镜只有６００根。
预计ＬＡＭＯＳＴ将极限星等推到２０．５等，比ＳＤＳＳ计划高２等左右，实现１０７个星系的光谱观测，把观测目标的数量提高１个量级。
射电望远镜
１９３２年，央斯基（Ｊａｎｓｋｙ Ｋ． Ｇ．）用无线电天线探测到来自银河系中心人马座方向的射电辐射，从而标志着人类打开了在传统光学波段之外观测天体的第一个窗口。
射电望远镜在二战后带动了天文学的振兴。如上个世纪６０年代时类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射这些被称为天文学的四大发现均由射电望远镜担纲。射电望远镜的每一次长足的进步都让天文学向前迈进了一步。
１９４６年英国曼彻斯特大学建造了直径为６６．５米的固定式抛物面射电望远镜，１９５５年又建成了当时世界上最大的可转动抛物面射电望远镜。
上世纪６０年代，美国在波多黎各阿雷西博镇建造了直径达３０５米的抛物面射电望远镜，它是顺着山坡固定在地表上的，不能转动，这是世界上最大的单孔径射电望远镜。
１９６２年Ｒｙｌｅ发明了综合孔径射电望远镜并获得了１９７４年诺贝尔物理学奖。综合孔径射电望远镜实现了由多个较小天线结构获得相当于大口径单天线所能取得的效果。
上世纪７０年代，德国在波恩附近建造了１００米直径的全向转动抛物面射电望远镜，这是世界上最大的可转动单天线射电望远镜。
上世纪８０年代以来，欧洲的ＶＬＢＩ网、美国的ＶＬＢＡ阵、日本的空间ＶＬＢＩ相继投入使用，这是新一代射电望远镜的代表，它们在灵敏度、分辨率和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。其中，美国的超长基线阵列（ＶＬＢＡ）由１０个抛物天线组成，横跨从夏威夷到圣科洛伊克斯８ ０００千米的距离，其精度是哈勃太空望远镜的５００倍，是人眼的６０万倍。它所达到的分辨率相当于让一个站在纽约的人阅读位于洛杉矶的一张报纸。
太空望�