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如何選擇天文望遠鏡,關於折射鏡,反射鏡,折返鏡

業余愛好者和入門級,建議選擇非專業鏡就可以了。

通常價格在1000-2000元左右的中低端天文望遠鏡就可以滿足要求。從成本費用考慮,可選擇的類型多為折射式和反射式兩類。當然如果對於天文非常熱愛,對於觀測效果要求高,就選擇中高端望遠鏡吧。專業鏡非常昂貴,壹般是專業觀測才用。

折射式、反射式和折返式各有優缺點,需要根據觀測目標選擇,適合自己的就最好。

天文望遠鏡通常是由壹個長焦距物鏡(主鏡)將天體的影像聚焦,再在焦點附近用壹個(短焦距)目鏡把這個影像放大。壹般可分為折射望遠鏡、反射望遠鏡及折反射望遠鏡三大類。?

1. 折射式望遠鏡 (Refractor)?

折射式壹般式采用開普勒光路(壹般加有消色差物鏡組),成象效果很不錯,失真很小。適合人群廣,但口徑受限(口徑大小對成本影響極大,大口徑望遠鏡成本高得嚇人),所以這類望遠鏡多是小口徑或中小口徑型的。

壹般折射望遠鏡的物鏡,是由兩塊不同折光率的玻璃鏡片組成,以減少色差,使紅藍兩色的影像聚在同壹焦點上,這類鏡頭稱為消色差鏡頭(Achromatic lens)。嚴格來說,這類鏡頭影像外圍仍有壹個很淡紫色的光暈(見圖1)。?

圖1? 天文望遠鏡的折射鏡色差圖

為了減少鏡頭的球面差(Spherical aberration),彗形像差(Coma)及像散(Astigmatism),壹般可將焦比值增大,因此壹般折射望遠鏡的口徑與焦距比(焦比)起碼在f10至f16之間。折射望遠鏡的結構見圖2。?

圖2? 天文望遠鏡折射鏡結構圖

較高級的鏡頭,是由三塊不同折光率的玻璃鏡片組成或采用較低色散的玻璃(ED)或甚至采用螢石晶體來制造,可消除紅、綠、藍三色的色差。這些鏡頭稱為復消色差鏡頭(Apochromat)。它們的口徑與焦距比可以達到f5。使到望遠鏡的長度縮短及重量較輕,使用較為方便,但售價十分昂貴。由於折射望遠鏡筒可以密封,所以維修保養方面較為方便,更適宜於搬往野外使用,同時亦不受鏡筒內氣流的影響。由於鏡頭起碼由兩塊玻璃組成,所以成本(要磨制四塊鏡面)較同口徑的反射望遠鏡昂貴。市面上壹般售賣的小型天文望遠鏡,多屬折射望遠鏡。

折射式的口徑相對小、焦距相對長、實現倍數相對高,較適合觀測單體行星及細節。保養方便,操作也簡單。中低端的折射鏡價格相對便宜,比較適合初學者。

上述實現倍數是相對而言,天文望遠鏡的倍數和目鏡直接相關。配備的目鏡不同倍數就不同,不可壹概而論。對於入門級天文愛好者,建議選擇折射式。市場上壹般1600元左右的折射式基礎配置已經很好了,成像效果也很棒。能看到月球表面的環形山、土星、木星及木星衛星等,還可以觀景,能看清壹兩公裏外空調的商標。

2. 反射望遠鏡 (Reflector)?

反射式以牛頓反射式光路為主,用凹面反射鏡代替凸透鏡物鏡。這類望遠鏡口徑可以做到很大,甚至可以做到10M以上口徑,相同口徑的較折射鏡成本低許多。但由於打磨工藝的影響,成像有慧差,效果受溫度影響較折射鏡大許多。不便於維護,操作也沒折射鏡順手,但由於采用往返光路縮短了鏡筒,便於攜帶。

反射望遠鏡是利用壹塊鍍了金屬(通常是鋁)的凹面玻璃聚焦,由於焦點在鏡前,所以必須在物鏡焦點之前用另壹塊鏡將影像反射出鏡筒外,再用目鏡放大。反射望遠鏡沒有色差(因不用透過玻璃故無色散),但有其它各類的像差。如將反射凹面磨成拋物線形(Parabolic),則可消除球面差,但受彗形像差的影響嚴重,故邊緣部份仍覺松散。現時壹般中小型的反射望遠鏡有下列二種型式:牛頓式 (Newtonian,見圖3)。

圖3? 天文望遠鏡-反射鏡示意圖

利用壹塊與光軸成45度平面鏡(Flat or diagonal)作為副鏡(Secondary)將影像反射至鏡筒前側。這種結構最為簡單,影像反差較高,亦最多人選用,通常焦比在f4至f8之間。卡賽格林式(Cassegrain,見圖4)。

圖4? 天文望遠鏡-反射鏡示意圖

利用壹塊雙曲面凸鏡(Convex hyperboloid)作為副鏡,在主鏡焦點前將光線聚集,穿過主鏡壹個圓孔而聚焦在主鏡之後。因為經過壹次反射,所以鏡筒可以縮短,但視場較窄,像散較牛頓式嚴重,同時有少許場曲(Curvature of field)。 由於反射式望遠鏡只要磨制壹個光學面,所以以同壹口徑而論,價錢較折射鏡為廉。普通天文愛好者,擁有150mm、200mm口徑的為數不少,反射式望遠鏡同時可以自己磨制。但因為鏡筒不可能密封,所以主鏡很易受煙塵影響,故難於保養,同時受氣溫與鏡筒內氣流的影響較大,搬運時又很易移動了主鏡與副鏡的位置,而校正光軸亦相當繁復,帶起來不甚方便。此外副鏡座的衍射作用會使較光恒星的星像出現十字或星形的衍射紋,亦使影像反差降低。?

反射式的口徑大,焦距短,實現倍數相對低,比較適合看大面積的星空,觀測視野大,但需要定期鍍膜(通常是數年壹次)。

市場上1500元左右的反射式天文望遠鏡能看到月球表面的環形山、土星、土星光環、木星、木星雲帶和木星衛星等。有的型號相對口徑和觀測視野大,可以接上相機,已經達到拍攝星雲的最低口徑要求。

3. 折反射望遠鏡(Catadioptric telescope)?

這是壹類同時利用折射與反射原理的望遠鏡,是1930年由施密特(Schmidt)發明用作天文攝影。主要是利用壹球面凹鏡作為主鏡以消除彗形像差,同時利用壹非球面透鏡(Aspheric Iens)放於主鏡前適當位置作為矯正鏡(Corrector)以矯正主鏡的球面差。這樣可以得出壹個闊角(可達40壹50度)的視場而沒有壹般反射鏡常有的球面差與彗形像差,只有矯正鏡做成的輕微色差而已。攝影用的施密特望遠鏡,焦比方面可以做到很小(通常在f1至f3間,最小可達〞0.6),因此很適宜於星野及星雲攝影。不過唯壹的缺點是有壹定的場曲,因此底片必須同樣變曲來適應(用特別的底片座承接),同時底片是放在望遠鏡筒內,故此只能逐張放入。?

壹般天文愛好者用的是施密特卡式折反射望遠鏡(Schmidt-cassegrain,見圖5)。

圖5? 天文望遠鏡-折返鏡

利用壹塊凸鏡作為副鏡,在主鏡焦點前將光線聚集,穿過主鏡壹個圓孔而聚焦在主鏡之後。因為經過壹次反射,所以鏡筒可以縮短,通常焦比在f6.4至f10之間。除了施密特卡式(Schmidt-cassegrain)外及還有馬克蘇托夫(Maksutov)設計都是利用矯正鏡及利用壹塊凸鏡作為副鏡,在主鏡焦點前將光線聚集,穿過主鏡壹個圓孔而聚焦在主鏡之後。近年十分流行的折反射望遠鏡如"Celestron”及“Meade”都是利用施密特卡式(Schmidt-cassegrain)原理構成,而"Questar"、“Meade”的ETX系列及"Intes"則利用馬克蘇托夫式原理。折反射望遠鏡的鏡身短、焦距長、焦點在主鏡後,視場亦相當平坦,鏡前由矯正鏡密封,故不論使用或保養都十分方便,質素方面不錯(但不及牛頓式,尤以反差方面)。

折返式集折射和反射優點和缺點於壹身,便攜性更好,但價格上也相應高出很多。