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近代天文观测的“眼睛”——天文望远镜发明史 由伽利略衍生发明

时间:2023-05-25 00:23:48

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近代天文观测的“眼睛”——天文望远镜发明史 由伽利略衍生发明

大家好,今天小编给大家介绍的是关于望远镜的知识。下面就跟着小编一起来看看吧!1609年5月,当时在帕多瓦大学任数学教授的伽利略访问了威尼斯市。在访问中,他意外地听到一个消息:在荷兰的眼镜店里有人制成了可以将远处物体放大的筒形眼镜玩具。这个偶然获得的信息,成为了点燃伽利略创造思想的火花。他立即想到循此线索可以发明一种延长肉眼的仪器,并把它用于观测天体。正是从这里,“生长”出了一双洞察宇宙的“眼睛”,同时天文学也开始进入了一个新纪元。其实,科学技术史上任何一个带有偶然性的大事件,都有其必然性的规定。

伽利略的发明,也是这种必然性的产物。人们凭借天体发光,来发现、探索、测量和研究它们。到1609年为止,已经有56个世纪历史的天文观测全是靠肉眼来进行的。即使这样,当时天文学已经取得了非常引人注目的成就:哥白尼提出了太阳中心说,开普勒发现了行星沿椭圆轨道绕日运行的规律。但是,天文学的发展毕竟到了单凭肉眼观测已很难继续深入的地步。就在这时,伽利略发明了望远镜,并把它指向太空,自有其历史的必然性。人类社会实践和天文学本身的发展,不仅提出了延长和扩大肉眼观测能力的课题,而且也为解决这一课题提供了物质上和理论上的条件。

人类是自然之子,从来就离不开阳光,并在亿万斯年的实践中积累了许多关于光的知识。中世纪的阿拉伯物理学家阿耳哈曾第一次指出了折射对天文观测的影响。在他关于光的折射的著作中还提到了透镜。12世纪,阿耳哈曾的著作传入欧洲,英国学者罗伯特·格罗西泰斯特和他的学生罗杰尔·培根系统地研究了透镜。培根曾利用透镜的放大效应来读书,并曾建议戴上透镜以增强视力。1300年前后,在意大利开始使用眼镜。到近代初期,眼镜制造已成为重要的手工制造业之一。

荷兰眼镜制造商汉斯·里帕席第一个造出望远镜:把两片透镜安放在金属管内适当的位置,将远外景物放大。当里帕席因此而出名以后,也有其他一些人宣称自己是望远镜的首创者。当然,这可能是由于里帕席最初用荷兰语称它为“窥器”,后又有人称它为“视管”、“视镜”、“透视镜”的原因。到16,希腊学者爱奥亚尼斯·狄米西亚尼建议称之为“望远镜”。因为只要有透镜,任何人都可能在偶然的机会用两片透镜构成一架望远镜。然而只有里帕席最先把它从观赏转向实用。他把望远镜献给荷兰政府用作战地观察,在荷兰反抗西班牙侵略的独立战争中发挥了重要作用。伽利略在听到这个消息以后,便想到把望远镜用于观测天体。

于是他亲自设计和制造了第一架天文望远镜。他将一块平凸透镜和一块平凹透镜装在一根直径4.2厘米,长60厘米的铅管两端。平凹透镜靠近眼睛,叫“目镜”;平凸透镜靠近景物,叫“物镜”。为了能够伸缩调整,以适合远近不同的物体和观察者不同的视力,伽利略还用一粗一细的两根能相套的空管来调节两片透镜的距离。伽利略制造的第一架望远镜,能将远处物体放大3倍。经过进一步改进,伽利略又制成一架直径4.4厘米,长1.2米的望远镜。它能将物体放大33倍。为了满足天文观测的需要,伽利略决心把望远镜的放大倍数提高到1000倍以上。为此他进行了不懈的努力,使研制出的望远镜一个胜过一个。

他把自己制造的望远镜对准星空,发现了许多过去人们不知道的奇异天象:月亮表面粗糙不平,有山有谷,与地球一样;木星有四颗卫星围绕木星旋转;太阳表面有许多黑斑,这些黑斑在日面上的位置变化证明太阳也是在运动着的。这样,伽利略就不仅为哥白尼的太阳中心说提供了事实的证据,而且也为天文学开辟了使用仪器观测宇宙的新纪元。望远镜同近代初期的其他许多技术发明一样,主要还不是科学理论的产物,而是直接地来自于人们的实践经验。当时的光学理论并未显著超出阿耳哈曾的水平,但望远镜的发明、应用和改进却反过来推动了光学理论的发展。在望远镜理论研究上首先取得的成就,就是德国科学家开普勒16的工作。开普勒为了改进伽利略望远镜,提高图像的清晰度,开始了对于"像差”(指光线经过透锐后不能准确地汇聚于焦点而使图像模糊的这一缺陷叫望远镜的像差)研究。

他发现,透镜本身的形状与像差有直接关系,而要靠磨制来改变透镜形状以减小像差,实际上是非常困难的。为此,他建议将伽利略望远镜改成物镜和目镜都是平凸透镜的望远镜,让光线通过物镜的焦点后重新散开,把目镜放在物镜焦点的另一边,相应地加长望远镜的镜身。但这样一来,通过望远镜观测到的景物便被倒置了。在伽利略望远镜里,由于光线在抵达焦点之前先到达目镜,所以物象呈直立正像;而在开普勒望远镜里,景物却呈现为倒像。不过天体无所谓倒正,正看倒看同样是有意义的。

开普勒望远镜具有视场宽阔的优点,实用价值更大。而且在开普勒望远镜中恰好把十字线安装在物镜成像的地方,因此可以用开普勒望远镜测定恒星的位置。不过,开普勒的视力不好,不能亲自进行观测,首先正式用开普勒望远镜观测行星的,是意大利天文学家弗朗西斯科·冯他那。他看到了木星上的横带和火星上的模糊斑纹。后来,意大利天文学家基奥范尼·巴蒂斯他.里希奥利用开普勒望远镜清楚地看到了木星的卫星被太阳照射落在木星上的影子,从而证明木星也像地球、月亮一样,是一个仅靠反射太阳光才发亮的天体。

此后,伽利略望远镜便逐渐被开普勒望远镜所取代。与开普勒从光学角度研究像差的方法不同,荷兰数学家维勒布劳德·斯内列斯于16用数学方法研究了像差问题。他发现了入射角与折射角的正弦之比保持不变的规律,由此导致光学理论的一次突破。根据这一理论,才对开普勒望远镜之所以要求有很长的镜身,从理论上作出了科学的说明。好了,今天小编就给大家介绍到这里,如果你也有好的想法,不妨在下方评论区内给我留言吧!

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