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相關人物

牛(niu)頓（Isaac Newton,1642-1727）是英國偉大(da)的科(ke)學(xue)家(jia),其研究(jiu)領域(yu)包(bao)括(kuo)了(le)物理學(xue)、數學(xue)、天(tian)文學(xue)、自然哲學(xue)、煉金術和神(shen)學(xue)。牛(niu)頓發明(ming)了(le)微(wei)積分,發現(xian)了(le)萬(wan)有(you)引(yin)力定律,創(chuang)建了(le)經典力學(xue),設計并制造了(le)第一架反射式望遠鏡(jing)等,被(bei)譽為人(ren)類歷史上最有(you)影響(xiang)力的科(ke)學(xue)家(jia)。正如恩格(ge)斯(si)所說："牛(niu)頓由(you)于發明(ming)了(le)萬(wan)有(you)引(yin)力定律而創(chuang)立了(le)科(ke)學(xue)的天(tian)文學(xue)。

工作原理

牛(niu)頓在(zai)經(jing)過多(duo)(duo)次研制(zhi)非球面(mian)的(de)(de)透鏡(jing)(jing)(jing)都不(bu)成(cheng)功后，才決定(ding)用球面(mian)反(fan)(fan)射(she)鏡(jing)(jing)(jing)作為望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)。他把2.5厘米直徑的(de)(de)金(jin)屬磨制(zhi)成(cheng)一(yi)個(ge)凹面(mian)反(fan)(fan)射(she)鏡(jing)(jing)(jing)，并在(zai)主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)焦點前放了一(yi)個(ge)與主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)成(cheng)45度角的(de)(de)反(fan)(fan)射(she)鏡(jing)(jing)(jing)，使(shi)經(jing)主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)反(fan)(fan)射(she)后的(de)(de)會聚光(guang)經(jing)反(fan)(fan)射(she)鏡(jing)(jing)(jing)后以90度角反(fan)(fan)射(she)出鏡(jing)(jing)(jing)筒后到達目鏡(jing)(jing)(jing)。所有的(de)(de)巨型望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)大(da)多(duo)(duo)屬于反(fan)(fan)射(she)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)，牛(niu)頓望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)為反(fan)(fan)射(she)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)發展輔平了道(dao)路。

牛頓反射望遠鏡采用拋物面鏡作為主鏡，光進入鏡筒的底端，然后折回開(kai)口(kou)處的第二反(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)（平面的對角反(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)），再次改變方向進入(ru)目鏡(jing)(jing)(jing)(jing)焦(jiao)(jiao)平面。目鏡(jing)(jing)(jing)(jing)為(wei)便于觀(guan)察，被(bei)安置(zhi)靠近望遠(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)筒頂部(bu)的側方。牛頓反(fan)射(she)(she)望遠(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)用(yong)平面鏡(jing)(jing)(jing)(jing)替換昂貴(gui)笨(ben)重(zhong)的透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)收(shou)集和(he)聚焦(jiao)(jiao)光線，從(cong)而使您的每一分錢提(ti)供(gong)更加(jia)多的光線會集的力量。

牛頓(dun)反(fan)射(she)望(wang)(wang)遠(yuan)鏡系統使您能擁有焦距長達1000mm而仍然(ran)相對地緊湊和便攜的望(wang)(wang)遠(yuan)鏡。因為主鏡被暴露在空氣(qi)和塵土中(zhong)，牛頓(dun)反(fan)射(she)器望(wang)(wang)遠(yuan)鏡要(yao)求(qiu)更多(duo)維(wei)護與保養。然(ran)而，這個小(xiao)缺點不阻礙這個類型望(wang)(wang)遠(yuan)鏡的大(da)眾(zhong)化，對于那些想要(yao)一(yi)臺價格經濟(ji)，但仍然(ran)可(ke)以解決(jue)觀測微弱，遙遠(yuan)的目標的用戶來(lai)說，牛頓(dun)反(fan)射(she)望(wang)(wang)遠(yuan)鏡是(shi)一(yi)個理想的選(xuan)擇。

由于(yu)光學(xue)系(xi)統的原理，牛頓望遠(yuan)鏡的成(cheng)像(xiang)(xiang)是一個倒(dao)像(xiang)(xiang)，倒(dao)像(xiang)(xiang)并(bing)不影(ying)響天文(wen)觀測，因此牛頓反射望遠(yuan)鏡是天文(wen)學(xue)使用(yong)的最(zui)佳選擇。通(tong)過正(zheng)像(xiang)(xiang)鏡等附(fu)加(jia)鏡頭(tou)，可以將(jiang)圖像(xiang)(xiang)校正(zheng)過來，但會降低成(cheng)像(xiang)(xiang)質量。

牛頓望(wang)遠(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)的(de)光學設計結合了施密特攝星(xing)儀和牛頓式反射望(wang)遠(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)的(de)元素。這個系(xi)統將牛頓式反射望(wang)遠(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)的(de)拋物面(mian)鏡(jing)(jing)(jing)換成球(qiu)面(mian)鏡(jing)(jing)(jing)，因(yin)而產生了球(qiu)面(mian)像差。但就像施密特-卡塞格林望(wang)遠(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)一樣，使用(yong)施密特修正板予(yu)以修正。次鏡(jing)(jing)(jing)則承襲(xi)牛頓式反射望(wang)遠(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)采(cai)用(yong)橢圓形的(de)平(ping)面(mian)斜鏡(jing)(jing)(jing)。

優缺點

優點

1、和(he)折射和(he)折反望遠鏡，同樣口徑(jing)成本(ben)最低，因為大口徑(jing)的(de)反射鏡比透(tou)鏡的(de)生產成本(ben)低很多。

2、緊湊合理，便攜性(xing)好(hao)，焦距(ju)可達1000mm以(yi)上。

3、由于(yu)焦比普(pu)遍較(jiao)短(f/4到f/8)，更容易的(de)獲得較(jiao)大(da)的(de)視野，具有(you)較(jiao)好的(de)微弱(ruo)深空天體(ti)觀測性(xing)能，例如遙遠(yuan)的(de)星(xing)(xing)系、星(xing)(xing)云(yun)和星(xing)(xing)團(但(dan)不是很(hen)方便(bian)，難(nan)度(du)大(da)于(yu)折反望遠(yuan)鏡)。

4、長(chang)焦(jiao)距的(de)牛(niu)頓式望遠鏡可以(yi)獲得卓越(yue)的(de)行星外觀(guan)，具有較好的(de)月球和行星的(de)觀(guan)測性能。

5、由于采用(yong)反射鏡(jing)(jing)作(zuo)為主鏡(jing)(jing)，無色差。

6、由(you)于光線無(wu)須穿透物鏡(jing)（它只(zhi)(zhi)從鏡(jing)子的(de)(de)表(biao)面反射(she)），所以不需(xu)(xu)要(yao)(yao)特別的(de)(de)玻璃材料(liao)，只(zhi)(zhi)需(xu)(xu)要(yao)(yao)能掌握住(zhu)正確(que)的(de)(de)反射(she)面形狀，且只(zhi)(zhi)需(xu)(xu)要(yao)(yao)處(chu)理一個表(biao)面（折射(she)鏡(jing)通常(chang)需(xu)(xu)要(yao)(yao)處(chu)理四(si)個表(biao)面），因此(ci)非常(chang)適合非專業(ye)人士自制DIY。

7、目(mu)鏡的位(wei)置在望遠(yuan)鏡筒前端(duan)，與短焦比結(jie)合可以使用短而緊湊的架臺系統，減少費用和增加便利(li)性。

缺點

1、一般不適合地面應用。

2、容(rong)易產生(sheng)彗形像(xiang)差，造成(cheng)影(ying)樣偏離軸(zhou)心擴(kuo)散(san)的(de)變形現象(xiang)。這(zhe)種擴(kuo)散(san)在光軸(zhou)上(shang)為零，隨著鏡(jing)子(zi)的(de)視域呈(cheng)線性的(de)增加，也與焦距除(chu)以口徑的(de)商（焦比）的(de)平方反比來擴(kuo)散(san)。

通常在焦比大于f/6的(de)系統，彗形像(xiang)差(cha)已經可(ke)以(yi)忽略掉，不會影響目視或攝影的(de)結果。

焦比(bi)小于f/4的系統，雖然不(bu)能(neng)忽(hu)視彗(hui)形像(xiang)差，但可以借由(you)廣視野和(he)低(di)倍率成像(xiang)來避免。

透鏡(jing)也(ye)可(ke)以用在(zai)修正牛頓(dun)主鏡(jing)的彗形像差(cha)上，讓影像恢(hui)復(fu)原有的明(ming)銳（所謂的“施密特-牛頓(dun)式”）。

3、副鏡(jing)在光路的(de)(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)間，會(hui)遮擋部分(fen)光線，反(fan)(fan)射鏡(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)撐結(jie)構(gou)(gou)還(huan)會(hui)使(shi)(shi)星(xing)像形(xing)成衍(yan)(yan)射星(xing)芒(mang)，并且降低銳度和(he)反(fan)(fan)差(cha)。使(shi)(shi)用二(er)或三個支(zhi)架(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)撐結(jie)構(gou)(gou)可(ke)以減(jian)少(shao)視覺上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)星(xing)芒(mang)，減(jian)少(shao)衍(yan)(yan)射的(de)(de)(de)(de)(de)(de)峰值(zhi)強度提高(gao)星(xing)像的(de)(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)差(cha)。彌散斑狀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)星(xing)像通(tong)常是由于(yu)支(zhi)撐結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)穩(wen)定和(he)鏡(jing)筒內不(bu)規則流動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)氣使(shi)(shi)星(xing)光不(bu)能匯聚形(xing)成尖銳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)星(xing)點。雖然十(shi)字支(zhi)撐結(jie)構(gou)(gou)能比(bi)三支(zhi)架(jia)(jia)支(zhi)撐結(jie)構(gou)(gou)更(geng)有效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)消除衍(yan)(yan)射星(xing)芒(mang)，但(dan)三支(zhi)架(jia)(jia)結(jie)構(gou)(gou)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)六線星(xing)芒(mang)會(hui)給人一種(zhong)審美(mei)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)良好觀(guan)感。

4、牛頓反(fan)射望遠鏡(jing)的校準(zhun)是個(ge)問題。主(zhu)鏡(jing)和副(fu)鏡(jing)的準(zhun)直性會因為運輸和操作時的震動而偏離(li)，這意味著望遠鏡(jing)可能在每次使用前(qian)都需(xu)要(yao)校準(zhun)。

應用特性

應(ying)用(yong)共路外差(cha)(cha)干(gan)涉法(fa)分析(xi)了(le)牛頓望(wang)(wang)遠鏡的(de)(de)(de)偏(pian)振特(te)性(xing)(xing)。根據(ju)菲涅(nie)耳定律求(qiu)出(chu)了(le)入(ru)射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)S-偏(pian)光(guang)(guang)(guang)和P-偏(pian)光(guang)(guang)(guang)入(ru)射(she)(she)到望(wang)(wang)遠鏡各點的(de)(de)(de)反(fan)射(she)(she)率(lv)公(gong)式。給出(chu)了(le)共路外差(cha)(cha)干(gan)涉法(fa)測(ce)量牛頓望(wang)(wang)遠鏡偏(pian)振特(te)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)實驗裝置(zhi)原理圖。采用(yong)632.8nm的(de)(de)(de)外差(cha)(cha)光(guang)(guang)(guang)源(yuan)，分析(xi)了(le)牛頓望(wang)(wang)遠鏡對(dui)S-偏(pian)光(guang)(guang)(guang)和P-偏(pian)光(guang)(guang)(guang)反(fan)射(she)(she)系(xi)數、相位差(cha)(cha)以(yi)及對(dui)入(ru)射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)偏(pian)振度(du)的(de)(de)(de)影響(xiang)，根據(ju)入(ru)射(she)(she)角度(du)的(de)(de)(de)不(bu)同繪制(zhi)了(le)相應(ying)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)。結(jie)果(guo)表明：鍍(du)有鋁膜的(de)(de)(de)牛頓望(wang)(wang)遠鏡對(dui)入(ru)射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)偏(pian)振特(te)性(xing)(xing)影響(xiang)較小，S-偏(pian)光(guang)(guang)(guang)和P-偏(pian)光(guang)(guang)(guang)反(fan)射(she)(she)系(xi)數相差(cha)(cha)不(bu)到0．01，偏(pian)振度(du)變(bian)化(hua)不(bu)超過0．07，適用(yong)于(yu)激光(guang)(guang)(guang)遙感偏(pian)振成像的(de)(de)(de)接收系(xi)統。