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牛(niu)頓（Isaac Newton,1642-1727）是英國偉大的科(ke)學(xue)(xue)(xue)家(jia),其研究領域包括(kuo)了(le)(le)物理學(xue)(xue)(xue)、數學(xue)(xue)(xue)、天(tian)文學(xue)(xue)(xue)、自然哲學(xue)(xue)(xue)、煉金術和(he)神學(xue)(xue)(xue)。牛(niu)頓發(fa)明(ming)了(le)(le)微積分,發(fa)現(xian)了(le)(le)萬有(you)引力(li)定律(lv),創建了(le)(le)經典力(li)學(xue)(xue)(xue),設計并制(zhi)造了(le)(le)第一架反(fan)射式望遠鏡等(deng),被譽為(wei)人類歷史上最有(you)影響(xiang)力(li)的科(ke)學(xue)(xue)(xue)家(jia)。正如恩格(ge)斯所(suo)說："牛(niu)頓由于發(fa)明(ming)了(le)(le)萬有(you)引力(li)定律(lv)而創立了(le)(le)科(ke)學(xue)(xue)(xue)的天(tian)文學(xue)(xue)(xue)。

工作原理

牛(niu)頓(dun)在經過多(duo)次(ci)研(yan)制非球(qiu)面的(de)透鏡(jing)(jing)(jing)都(dou)不成(cheng)功后(hou)，才(cai)決定用球(qiu)面反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)作為望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)主鏡(jing)(jing)(jing)。他(ta)把2.5厘米直徑的(de)金屬(shu)磨(mo)制成(cheng)一(yi)個(ge)凹(ao)面反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)，并在主鏡(jing)(jing)(jing)的(de)焦點(dian)前放了一(yi)個(ge)與主鏡(jing)(jing)(jing)成(cheng)45度角的(de)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)，使經主鏡(jing)(jing)(jing)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)后(hou)的(de)會(hui)聚光經反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)后(hou)以90度角反(fan)(fan)射(she)(she)(she)出鏡(jing)(jing)(jing)筒后(hou)到達目(mu)鏡(jing)(jing)(jing)。所有的(de)巨型(xing)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)大多(duo)屬(shu)于反(fan)(fan)射(she)(she)(she)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)，牛(niu)頓(dun)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)為反(fan)(fan)射(she)(she)(she)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)發展輔平了道路。

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，然后折回開口處的(de)(de)第二反射鏡(jing)(jing)(jing)（平面(mian)的(de)(de)對角反射鏡(jing)(jing)(jing)），再次改變方向進(jin)入(ru)目(mu)鏡(jing)(jing)(jing)焦平面(mian)。目(mu)鏡(jing)(jing)(jing)為(wei)便于觀察，被安置靠近望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)筒(tong)頂(ding)部的(de)(de)側方。牛頓反射望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)用平面(mian)鏡(jing)(jing)(jing)替換昂(ang)貴(gui)笨重的(de)(de)透鏡(jing)(jing)(jing)收集和聚焦光(guang)線，從而使(shi)您的(de)(de)每(mei)一分(fen)錢提(ti)供更加多的(de)(de)光(guang)線會集的(de)(de)力量。

牛(niu)頓反射(she)望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡系統使您能(neng)擁(yong)有焦距長達1000mm而仍(reng)然相對地緊湊(cou)和便攜的望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡。因為主鏡被暴(bao)露在空氣(qi)和塵土中，牛(niu)頓反射(she)器望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡要求更多維護與保養。然而，這(zhe)(zhe)個小缺點不阻礙(ai)這(zhe)(zhe)個類型望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡的大眾化，對于那些想(xiang)要一臺(tai)價格經(jing)濟(ji)，但仍(reng)然可(ke)以(yi)解決觀測微弱(ruo)，遙(yao)遠(yuan)(yuan)(yuan)的目標的用戶來說，牛(niu)頓反射(she)望(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡是一個理想(xiang)的選擇。

由于光學(xue)系統的原(yuan)理，牛頓望遠(yuan)鏡的成像(xiang)是(shi)一個倒像(xiang)，倒像(xiang)并(bing)不影響(xiang)天文觀測，因此牛頓反射望遠(yuan)鏡是(shi)天文學(xue)使用的最佳選(xuan)擇。通(tong)過(guo)正像(xiang)鏡等(deng)附(fu)加鏡頭，可(ke)以將圖像(xiang)校正過(guo)來，但會降低成像(xiang)質量。

牛頓望(wang)(wang)遠(yuan)鏡(jing)的光(guang)學設計結(jie)合了施(shi)密(mi)特(te)攝星(xing)儀(yi)和(he)牛頓式(shi)反(fan)(fan)射望(wang)(wang)遠(yuan)鏡(jing)的元素。這(zhe)個系統將牛頓式(shi)反(fan)(fan)射望(wang)(wang)遠(yuan)鏡(jing)的拋物(wu)面(mian)鏡(jing)換成球(qiu)面(mian)鏡(jing)，因而產(chan)生了球(qiu)面(mian)像(xiang)(xiang)差。但就(jiu)像(xiang)(xiang)施(shi)密(mi)特(te)-卡(ka)塞格(ge)林望(wang)(wang)遠(yuan)鏡(jing)一樣，使用施(shi)密(mi)特(te)修(xiu)正板予以修(xiu)正。次鏡(jing)則承襲牛頓式(shi)反(fan)(fan)射望(wang)(wang)遠(yuan)鏡(jing)采用橢圓形的平面(mian)斜鏡(jing)。

優缺點

優點

1、和折(zhe)射(she)和折(zhe)反(fan)望遠鏡，同樣口徑成(cheng)本最低，因為大口徑的反(fan)射(she)鏡比透鏡的生產成(cheng)本低很多(duo)。

2、緊湊合(he)理，便攜性好(hao)，焦距可達(da)1000mm以(yi)上。

3、由于(yu)焦比普(pu)遍(bian)較短(f/4到f/8)，更(geng)容易的(de)獲得(de)較大的(de)視野，具有較好的(de)微弱深(shen)空天體觀測性(xing)能，例如遙遠的(de)星(xing)系(xi)、星(xing)云和星(xing)團(但不(bu)是很方便，難度(du)大于(yu)折反望遠鏡)。

4、長焦距(ju)的牛(niu)頓式(shi)望遠鏡(jing)可(ke)以獲得卓越的行星(xing)外觀(guan)，具(ju)有較好的月球和行星(xing)的觀(guan)測性能(neng)。

5、由于采用反(fan)射鏡作為主鏡，無色差。

6、由于光線無須穿透物鏡(jing)（它只(zhi)從鏡(jing)子的(de)表面反射），所以不(bu)需(xu)(xu)要特別的(de)玻璃材料，只(zhi)需(xu)(xu)要能(neng)掌握住正確的(de)反射面形(xing)狀，且(qie)只(zhi)需(xu)(xu)要處(chu)理一個表面（折射鏡(jing)通常(chang)需(xu)(xu)要處(chu)理四個表面），因此非常(chang)適合非專業人士自制DIY。

7、目鏡(jing)的(de)位置在望遠鏡(jing)筒前端，與短焦比(bi)結合可以(yi)使用短而緊湊的(de)架臺系(xi)統(tong)，減少(shao)費用和增加便利性(xing)。

缺點

1、一般不適合地面應(ying)用。

2、容(rong)易產生彗形像差(cha)，造成(cheng)影樣偏離(li)軸心擴散的變形現象。這種擴散在光軸上為零，隨著鏡子的視域呈線性的增加，也與焦距除以口徑的商（焦比）的平方反比來擴散。

通(tong)常在焦比(bi)大于f/6的(de)(de)系統，彗形像差已經(jing)可以(yi)忽(hu)略掉，不會影(ying)響(xiang)目(mu)視或攝影(ying)的(de)(de)結(jie)果。

焦比小于f/4的系統(tong)，雖然不能忽視(shi)彗形(xing)像差，但(dan)可以借由(you)廣視(shi)野和低倍率成像來避免。

透鏡也可以用在(zai)修正牛頓(dun)主鏡的彗(hui)形像差(cha)上，讓(rang)影(ying)像恢復原有(you)的明銳（所謂(wei)的“施密特-牛頓(dun)式”）。

3、副鏡(jing)在光路的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)間，會遮擋部(bu)分(fen)光線，反射鏡(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)撐(cheng)結構(gou)還會使星(xing)(xing)(xing)像形(xing)(xing)成(cheng)衍射星(xing)(xing)(xing)芒(mang)，并且(qie)降低銳度和反差。使用二或(huo)三個支(zhi)(zhi)架(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)撐(cheng)結構(gou)可(ke)以減少視覺上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)星(xing)(xing)(xing)芒(mang)，減少衍射的(de)(de)(de)(de)(de)峰(feng)值(zhi)強度提高(gao)星(xing)(xing)(xing)像的(de)(de)(de)(de)(de)反差。彌散斑(ban)狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)星(xing)(xing)(xing)像通常是(shi)由于(yu)支(zhi)(zhi)撐(cheng)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)穩定和鏡(jing)筒內不(bu)(bu)(bu)規則流動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)空氣使星(xing)(xing)(xing)光不(bu)(bu)(bu)能匯聚形(xing)(xing)成(cheng)尖銳的(de)(de)(de)(de)(de)星(xing)(xing)(xing)點(dian)。雖(sui)然十字支(zhi)(zhi)撐(cheng)結構(gou)能比三支(zhi)(zhi)架(jia)支(zhi)(zhi)撐(cheng)結構(gou)更有效的(de)(de)(de)(de)(de)消除衍射星(xing)(xing)(xing)芒(mang)，但三支(zhi)(zhi)架(jia)結構(gou)形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)六線星(xing)(xing)(xing)芒(mang)會給(gei)人(ren)一(yi)種審美上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)良(liang)好觀感。

4、牛頓反射望遠鏡(jing)(jing)的(de)校準是個問(wen)題。主鏡(jing)(jing)和副(fu)鏡(jing)(jing)的(de)準直性會因為運輸(shu)和操作時的(de)震動而(er)偏離，這意味著望遠鏡(jing)(jing)可能(neng)在(zai)每次(ci)使用(yong)前都需要(yao)校準。

應用特性

應(ying)(ying)用(yong)共路(lu)外(wai)差干涉(she)法分(fen)析了(le)(le)(le)牛(niu)(niu)頓望(wang)(wang)遠鏡(jing)的偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)特性。根(gen)據菲涅耳定律求出了(le)(le)(le)入射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)S-偏(pian)(pian)光(guang)(guang)(guang)和(he)P-偏(pian)(pian)光(guang)(guang)(guang)入射(she)(she)到望(wang)(wang)遠鏡(jing)各點的反(fan)射(she)(she)率公式(shi)。給出了(le)(le)(le)共路(lu)外(wai)差干涉(she)法測量牛(niu)(niu)頓望(wang)(wang)遠鏡(jing)偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)特性的實(shi)驗裝置(zhi)原理圖(tu)。采用(yong)632.8nm的外(wai)差光(guang)(guang)(guang)源(yuan)，分(fen)析了(le)(le)(le)牛(niu)(niu)頓望(wang)(wang)遠鏡(jing)對(dui)S-偏(pian)(pian)光(guang)(guang)(guang)和(he)P-偏(pian)(pian)光(guang)(guang)(guang)反(fan)射(she)(she)系數(shu)、相(xiang)位差以及(ji)對(dui)入射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)度(du)的影響(xiang)，根(gen)據入射(she)(she)角(jiao)度(du)的不(bu)同繪制了(le)(le)(le)相(xiang)應(ying)(ying)的變(bian)化曲線(xian)。結果表明：鍍有鋁膜的牛(niu)(niu)頓望(wang)(wang)遠鏡(jing)對(dui)入射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)特性影響(xiang)較小，S-偏(pian)(pian)光(guang)(guang)(guang)和(he)P-偏(pian)(pian)光(guang)(guang)(guang)反(fan)射(she)(she)系數(shu)相(xiang)差不(bu)到0．01，偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)度(du)變(bian)化不(bu)超(chao)過(guo)0．07，適(shi)用(yong)于激光(guang)(guang)(guang)遙感偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)成像的接收(shou)系統。