普通天文学/望远镜/基础光学

尽管“望远镜”这个词源于希腊语，意为“远视”，但“看到遥远的东西”并不能很好地描述望远镜的功能。如果一个物体足够明亮，无论它有多远，我们都能看到它。事实上，望远镜主要有三个功能：

1. 集光
2. 分辨率
3. 放大倍率

在了解望远镜如何实现这三个目标之前，让我们先暂停一下，学习一些光学原理。

反射和折射

最原始类型的望远镜是折射望远镜（也称为折射镜），伽利略在17世纪就使用过。后来，牛顿设计并制造了反射望远镜（也称为反射镜），利用镜子。我们首先关注折射望远镜。一个基本的折射镜由一个会聚透镜组成，它将光聚焦到焦平面上，然后放置探测器和仪器。正如前一章所讨论的，光线穿过透镜的路径可以用斯涅尔折射定律来理解：

$n_{1}\sin {\theta _{1}}=n_{2}\sin {\theta _{2}}\,.$

放大倍率

望远镜的放大倍率可以用以下公式表示：mag=物镜焦距÷目镜焦距

集光能力

由于天空中大多数物体都很暗，望远镜有效地收集并汇聚光线供我们观察。它们有多暗？简短的计算可以帮助解释。

太阳距离我们1个天文单位（约1.5e+11米），它发出的光线“散布”在球形表面（实际上是能量散布在表面，我们称之为通量）。假设我们有一个孔径为2米（直径）的望远镜，那么从太阳收集的光线比例为

${\frac {\mbox{light collecting area}}{\mbox{area of spherical surface}}}={\frac {\pi (1)^{2}}{4\pi (1.5\times 10^{11})^{2}}}\simeq 1.1\times 10^{-23}\,.$

对于太阳系以外的物体，它们距离我们数百万甚至数十亿倍。因此，天文学家更喜欢建造更大的望远镜来获得更大的集光能力。