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天文 科學探索---天文望遠鏡
選擇天文望遠鏡的考量
聚光能力 ：與望遠鏡的口徑的平方成正比，也就是望遠鏡的口徑愈大， 望遠鏡的聚光能力愈強。
解析能力： 可解析角度 與望遠鏡的口徑的成反比，也就是望遠鏡的 口徑愈大， 可解析角度愈小，解析能力愈強。
放大能力：M = Fo/Fe 放大率為物鏡焦長與目鏡焦長比。 買望遠鏡的要訣是口徑愈大愈好，預期最大倍率為口徑(以公分表
1611年，德國科學家刻卜勒也設計了一部望遠鏡，並改良了目鏡，擴大了望遠 鏡的視野，成為今日望遠鏡的主流。
1668年，牛頓利用光線反射的方式，發明了反射式望遠鏡。這是天文望遠鏡的 一大突破，因為反射式望遠鏡在製造上遠比折射式望遠鏡容易的多，並且沒有折 射式望遠鏡的色差現象，能讓觀測品質大幅提昇。
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天文 科學探索---天文望遠鏡
物鏡收集光線聚焦，影像 經目鏡放大。小型折射望 遠鏡有些利用稜鏡把光線 曲折。
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折射式天文望遠鏡
在二十世紀前非常風行。Yerkes天文台 ﹙美國芝加哥大 學﹚的40 英寸折射鏡 為 此類之最大者。 色像 差(chromatic aberration)為折射式望 遠鏡最難以克服的問題 。 此外，磨製大口徑且高精度的鏡片不易， 建價昂 貴，鏡片沈重，易變形，也都是其 致命的缺點。
功能 ：收集光線（廣義的說，收集電磁波） 口 徑 (D) 越大，單位時間收集的量越多 ～ D2 e.g., D = 2 m 的集光能力為 D = 1 m 的 4 倍
成像： 口徑越大，看得越清楚（成像越清晰） 最小的角度 θ～λ/D 也稱作望遠鏡的「繞射極限」 (diffraction limit)
∴ 解像力 (resolving power) ～ D
雙筒鏡：攜帶方便，價格低廉，寬闊的視野對於觀看大區域的星空或 是彗星之類的天體特別有幫助，而且影像是正的。
望遠鏡：比之雙筒竟有較大的口徑、較高倍率，但是顯示的影像式顛 倒的。望遠鏡口徑是固定，可更換目鏡改變倍率，還有一個重要 配件是固定架。
大多數業餘天文學家都是用小到中口徑的望遠鏡：小口徑是只10公分 以下，中口徑是指10~25公分，大於２５公分則稱為大型望遠鏡。
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反射望遠鏡原理
光線由凹面主鏡收集，經 由平面副鏡反射到鏡筒測 邊的目鏡上。反射望遠鏡 通常採用赤道裝置(赤道 儀)，只要轉動一個軸就可 以追蹤天體橫越整個星空。
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卡塞格林式遠鏡原理
一種反射式望遠鏡，使用 凸面的副鏡，光線反射回 去通過主鏡中心的小孔。 因為光線的路徑在鏡筒折 回原來路徑，這樣設計較 牛頓式緊密。
例如，中大鹿林前山觀測站位於逆溫層 (inversion layer) 以上
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望遠鏡聚焦形式---折射式
天文 科學探索---天文望遠鏡
使用鏡片(lens)有色差、球面像差；玻璃中氣泡造成影像變形 透光波段有限 ，支撐不易；最大的（一米）上世紀末建成；現已少用
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天文 科學探索---天文望遠鏡
折射望遠鏡原理
天文 科學探索---天文望遠鏡
天文望遠鏡 及現代觀測技巧簡介
魏榮君 弘光資訊工程系
2003 03 14
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天文 科學探索---天文望遠鏡
望遠鏡的發明及歷史(I)
第一位望遠鏡發明者：荷蘭眼鏡師李伯謝(Hans, ppershey, 1570~1619)， 1608年發明折射式望遠鏡
義大利科學家伽利略1609年製作口徑42mm的望遠鏡。他發現月球表面有高山和 無數的坑洞；金星也如月球般，有著盈虧的變化；而木星旁邊竟然還有四顆小星 星繞著木星公轉！伽利略是有史以來使用望遠鏡觀察天空的第一人，開創了天文 學的另一個新紀元。
望遠鏡的發明及歷史(II)
1672年，法國人蓋賽格林變更了牛頓式反射鏡的焦點位置，發明了蓋賽格林式 反射望遠鏡，讓反射式望遠鏡更容易操作。
1938年德國人史密特把折射式望遠鏡及反射式望遠鏡合而為一，發明了折反射 式望遠鏡，也就是史密特式望遠鏡（史密特照相機），開創了望遠鏡的另一個新 紀元，也讓俄國人馬克斯托夫發明了另一種折反射式望遠鏡－馬克斯托夫望遠鏡。
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天文 科學探索---天文望遠鏡
不完美影像成因
不完美的影像 ➢光學系統造成的像差 ➢球面像差 (spherical aberration) ➢色差 (chromatic aberration)：不同波長的光在 折射元件中有不同的行徑 ➢機械系統造成的影像變形 （e.g., 元件本身的 重量、望遠鏡追蹤時指向不同天區） ➢大氣擾動造成的影像變形
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望遠鏡聚焦形式---反射式
天文 科學探索---天文望遠鏡
➢使用面鏡 (mirror)，如玻璃、石英 等鍍上如鋁等反射面 → 光不進鏡片， 沒有色差，但仍有球面像差 ➢沒有氣泡問題；容許波長範圍較大 中央（次鏡）擋光 (10% effect) ➢支撐較容易 → 大口徑 ➢鏡身較短 → 圓頂、建築可較小 → 省錢
示)20倍。但由於大氣的不穩定所形成氣流就會更加明顯，實際使 用倍率還是會受限。
19xx年無線電波望遠鏡把天文望遠鏡所能看到的延伸到所有的電磁波長，讓我 們觀看宇宙的視野不會只局限於可見光，進而造成了天文望遠鏡的另一次革命， 也讓天文學能在最近極短的數十年中，得到超越數千年來的成就。
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天文 科學探索---天文望遠鏡
望遠鏡功能
用透鏡 (lens) 折射，或鏡面 (mirror) 反射
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天文 科學探索---天文望遠鏡
聚焦位置
➢ (a) 牛頓式 (Newtonian focus) ➢ (b) 直焦式 (prime focus) ➢ (c) 卡塞格林式 (Cassegrain focus) ➢ (d) 庫德（折軸）式 (Coudéfocus)
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天文 科學探索---天文望遠鏡
選擇雙筒鏡或望遠鏡？
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天文 科學探索---天文望遠鏡
大氣擾動的影像形變
大氣擾動，一般使星點影像散佈在數角秒的範圍，有如游泳池水 晃動，造成池底光影搖曳
在良好的天文觀測地點（氣流穩定的高山上），視相（大氣寧靜 度；seeing) ～ 1“ （遠）大於望遠鏡的繞射極限
將望遠鏡置入太空，或起碼放在高海拔處，望遠鏡頂上空氣越少 越好