探究天文望远镜原理与制作深圳中学高二（4）班研究性学习论文报告组长：刘锦泰组员：吴学阳王腾翔吴耀宏宋昊刘洪元余伟航内容摘要：小组成员通过收集学习探讨研究总结，深入了解天文望远镜的内外结构及光学成像原理，并利用学习得到的知识进行自主设计及制作天文望远镜，并由此提高了研究性学习探究能力及动手能力。

这是从意识到实践的一次重要尝试，对我们日后的学习生活将会起到积极的作用。

关键词：中学生天文望远镜自制DIY 光学前言天文望远镜，通过光学成像的方法使人看到远处的物体，并且显得大而近的一种仪器。

随着望远镜在各方面性能的改进和提高，天文学也正经历着巨大的飞跃，迅速推进着人类对宇宙的认识。

可以毫不夸大地说，没有望远镜的诞生和发展，就没有现代天文学。

借此，我们以一个高中生的角度，深入的探究天文望远镜的结构、性能、历史、发展……以期从中学习到许多光学知识，同时制作的经验能为广大的天文爱好者作为借鉴。

天文望远镜的发展历程十分的漫长，1608年，荷兰眼镜商人李波尔赛偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物，受此启发，他制造了人类历史第一架望远镜。

1609年，伽利略制作了一架口径4.2厘米，长约1.2米的望远镜。

他是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜，这种光学系统称为伽利略式望远镜。

伽利略用这架望远镜指向天空，得到了一系列的重要发现，天文学从此进入了望远镜时代。

1611年，德国天文学家开普勒用两片双凸透镜分别作为物镜和目镜，使放大倍数有了明显的提高，以后人们将这种光学系统称为开普勒式望远镜。

现在人们用的折射式望远镜还是这两种形式，天文望远镜是采用开普勒式。

需要指出的是，由于当时的望远镜采用单个透镜作为物镜，存在严重的色差，为了获得好的观测效果，需要用曲率非常小的透镜，这势必会造成镜身的加长。

所以在很长的一段时间内，天文学家一直在梦想制作更长的望远镜，许多尝试均以失败告终。

1757年，杜隆通过研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透镜的理论基础，并用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透镜。

从此，消色差折射望远镜完全取代了长镜身望远镜。

但是，由于技术方面的限制，很难铸造较大的火石玻璃，在消色差望远镜的初期，最多只能磨制出10厘米的透镜。

十九世纪末，随着制造技术的提高，制造较大口径的折射望远镜成为可能，随之就出现了一个制造大口径折射望远镜的高潮。

世界上现有的8架70厘米以上的折射望远镜有7架是在1885年到1897年期间建成的，其中最有代表性的是1897年建成的口径102厘米的叶凯士望远镜和1886年建成的口径91厘米的里克望远镜。

…………以上皆为众多实验的缩影，此后，对于天文望远镜的制作和研究进入了近现代的历程。

天文望远镜的知识不断得到补充和扩展，望远镜的发展更加的迅猛。

同时，众多睿智的科学家对于天文望远镜的细微的巧妙的改造使得望远镜更加的错综复杂。

但是囿于高中生所能触及的领域并非广阔，我们通过讨论决定，通过研究较早期的结构相对不太复杂的天文望远镜，领略其中的奥秘，为以后更加深入的研究做铺垫。

望远镜发展至今分为了许多种类，而其中较为著名的有反射式望远镜、折射式望远镜、折反射式望远镜、多镜面望远镜、双筒望远镜。

反射望远镜是使用曲面和平面的面镜组合来反射光线，并形成影像的光学望远镜，而不是使用透镜折射或弯曲光线形成图像的屈光镜。

折射望远镜是一种使用透镜做物镜，利用屈光成像的望远镜。

其优点是成像比较鲜明、锐利；缺点是有色差。

反射折射这个名词在光学系统中的意思就是既有透镜也有面镜的系统。

折反射式望远镜就是针对反射式系统的缺点，而试图利用透镜折射系统的优点来补偿。

此外，另两种的镜片由于过于巨大，我们没有采入考虑的范围之内。

其中在第二次世界大战中美国制造过非常大的（10吨），其物镜的距离相当远的（15米）大型双筒望远镜来确定25千米以外的海上目标的距离。

各式望远镜各有鲜明的特点和不足的缺陷，针对我们的理解能力和制作水平以及所能承担的费用，我们最终决定采用折射式望远镜。

虽然结构相比而言较为简单，但是我们却从中学习到的许多书本上未能提及的东西。

天文望远镜由主镜筒、目镜、寻星镜、赤道仪、追踪马达、三脚架台和脚架以及赤道仪控制盒和电源组成。

其中主镜筒、目镜、和三脚架台和脚架为最基本部件，其余部件皆为高级望远镜所采用，用以消除由于地球自转而对于观测的干扰。

其结构较为复杂，涉及电学、电路内容较多，因此难以手工制造。

若去采购，期成本也过高我们难以承担。

同时，这些部件的应用主要是针对距地球较远的星球的观测，而我们所要观测的月球距地相对较小，影响不大。

故我们省略了此些部件的制作和组装。

通过研究和制作天文望远镜，我们将会锻炼自己的动手实践能力，在这么些冰冷、复杂、微小的零件之前，不禁让人叹然。

而我们却要通过团队合作，点点滴滴的将他们组装在一起，还要用以窥览天空，这难道不是极大的考验么？同时，我们小组成员分批到达各个图书馆，寻找和查阅各类有关资料。

我们从众多纷杂无序的资料照，找寻出自己所需的部分，再通过自主学习或小组讨论的方式消化吸收。

从中学习到了许多光学的知识、为以后大学进一步的学习打下了基础，我们更从中体会到科学家们艰苦卓绝、不断向前的精神力量。

虽然我们的制作不能震撼全球，但是我们制作经验能作为一个前车之鉴为广大的天文爱好者所借鉴，一定程度上也能说推进的我国天文学的进展。

同时，通过我们发表在各个相关网站的实验结果的展示，也激发部分了青年的研究热情。

光学原理一．光学系统天文望远镜由物镜和目镜组成，接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜，靠近眼睛那块叫做目镜。

远景物的光源视作平行光，根据光学原理，平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上，这就是焦点。

焦点与物镜距离就是焦距。

再利用一块比物镜焦距短的凸透镜或目镜就可以把成像放大，这时观察者觉得远处景物被拉近，看得特别清楚。

O=物镜 E=目镜 f =焦点 fo=物镜焦距 fe=目镜焦距 D=物镜口径 d =斜镜折射镜是由一组透镜组成，反射式则包括一块镀了反光金属面的凹形球面镜和把光源作 90 度反射的平面镜。

两者的吸光率大致相同。

二．色差不同波长光波成像在焦点附近，所以望远镜出现彩色光环围绕成像。

矫正色差时要增加一块不同折射率的透镜，但矫正大口径镜就不容易了。

三．集光本领望远镜口径越大，集光力愈强，可以看见星星的数目亦增加，集光力是收音机收集光线比眼睛强多少倍的意思。

集光本领乃望远镜物镜直径平方和瞳孔直径平方之比。

人的瞳孔，日间受光影响，故收缩，晚上则尽量扩大，直径伸缩由四毫米至八毫米，平均值是七毫米。

望远镜比肉眼大上许多倍，以一枝150 毫米即六吋口径反射镜来记算，就比肉眼看东西明亮 495 倍。

当然望远镜口径大还可以观察到更加暗的星星。

集光本领=物镜直径（mm)平方/49 极限星等=1.77+5xlog物镜直径（mm)=8.8+5xlog物镜直径（吋）四．光阑前文提到望远镜存在色差，为了减少这对观测的影响就需要添加光阑。

下文引用英文资料，来自Baffle Placement for a Refractor。

First, draft out a scale drawing (full size is better) of your proposed scope. Include all items which limit the light path such as the focuser tube lens cell. Make sure to account for the focuser tube's extension into the tube when the image is at focus. Also, don't forget the star diagonal if it will be used.Select a desired size for the illuminated field and draw it at the focal plane. Draw the light cone by drawing a line from each edge to the respective edge of the objective.Next, draw a line (red, above) from the bottom edge of the field spot to the tube wall at the back edge of the objective. Where this line crosses the light cone is the first baffle position.Now draw a line (green in the illustration) from the bottom of the objective to the first baffle position and extend it to the tube wall.Draw a line (red) from the bottom of the field spot to the place where the previous line hits the tube wall. Where this new line intersects the light cone is the position of the second baffle.Do the same thing repeatedly until you run out of room. In most small refractors, two or three baffles will be all that is needed. In the Okapi, only two were used because the focuser tube acts as the third one.NOTE: Using this method makes portions of the tube wall visible to the field spot, but only those portions shaded by the nearest baffle. Thus, flat black paint is necessary. In Okapi, the entire interior of the tube is ridged with small cuts to act as mini-baffles down the length of the tube.If you want to make sure no tube wall is visible, at the expense of perhaps using more baffles, skip the green lines from the objective and draw the red lines to the base of each baffle itself.五．其他光学知识（见附录）制作过程一．材料准备首先，根据组员的实际情况和特点，我们进行了分组。