第二章 观测月球的准备

2.1 望远镜的选择

目前市面上常见的天文望远镜有3种，分别是折射望远镜、反射望远镜和折反射望远镜。这3种望远镜的光路系统不同，优缺点不同，很多功能无法同时兼得，所以选择一台合适的望远镜观测月亮非常重要。

2.1.1 折射望远镜

1609年，伽利略受3名荷兰眼镜商人的启发，制作完成了世界上第一台天文望远镜，并将其对向太空，人类伟大的科学天文时代就此开始。

伽利略发明的这台望远镜利用透镜屈光原理进行光线收集和成像，光路通过折射完成聚焦放大，所以这种望远镜被称为折射望远镜。伽利略设计的望远镜存在一个缺陷，那就是成像焦点位于凹透目镜后方，观测时眼睛距离目镜较远。这种设计导致望远镜的视场过小，虽然是正向成像，但是使用起来并不方便，也不便于安装像十字丝这样的测量装置。伟大的德国天文学家开普勒在伽利略设计的基础上对望远镜进行了改进，采用凸透目镜并增加了镜筒长度，这就使得通过物镜折射的光路提前汇聚，并在凸透镜上放大成像。这样一来不仅增加了望远镜的视场，也使得观测者的舒适度大大提升，虽然成倒像，但是这对于天文观测来说并没有太大影响。所以，目前世界上的折射望远镜基本采用的都是伽利略望远镜的升级版—开普勒望远镜。

折射望远镜的优点显著，其成像非常犀利，而且因为成像区域在镜筒后方，所以观测者的方向感非常好，操作方便。但是，因为要尽量缩短焦距来获得更大的视场和通过扩大口径来收集更暗的星光，所以折射望远镜的物镜需要不断地加厚加大。这样不仅会因透镜本身的“硬伤”而产生色散和相差，而且也会使镜片因为太重而容易变形。

我们都知道，要保证远处的物体在望远镜中形成清晰锐利的图像，关键是物镜收集来的光线要集中到一个焦点上，如果这一点办不到，不同来源的光线将分散到不同的焦点上，这会导致物体看起来很模糊。可是，单片透镜因为其自身的缺点，不管是用什么玻璃制造的，都不能把所有的光集中于同一焦点上。而且，可见光是由多个波长的光混合而成，每种光波的波长不同，而不同波长的光波通过一个单片透镜时，会被聚集到不同的焦点上，这就导致通过折射望远镜看到的星星周围被一层五颜六色的光包围着，这就是色散，而色散对于天文的精确观测而言是无法接受的。因为技术原因，以前的天文学家无法避免透镜的色散作用，只有通过加长望远镜的长度来减小色散，这就使早期的折射望远镜通常非常巨大。同时，早期的折射望远镜还存在相差问题，这是因为与现代技术相比，当时磨制透镜的技术还很粗糙，只要在磨制镜片的时候稍有偏差，光线透过透镜时就不会正确地汇集于一点。同时，由于透镜的自身重量，当它被安装到镜筒上后，也会产生变形。这样一来我们看到的星点便会很肥，甚至于不圆。大约1750年，伦敦的多龙德发明了一个方法来避免色散作用，那就是利用两种不同的玻璃，采用凹透镜和凸透镜相结合的方法组成物镜，通过相互作用达到最大限度地消除色散的目的。虽然这种技术的发明明显地改善了色散，但是因为折射镜镜片本身的重量问题，使制作大口径的望远镜成为一件非常难的事情。

直到今日，我们所使用的折射望远镜仍和先辈们所用的相差无几。但是随着科学技术的发展和制作低色散玻璃材料的应用，今天的折射望远镜已经能够最大限度地消除色散和相差。“Apochromatic”这个词翻译成中文是“复消色差”的意思，简称APO。复消色差镜头是指能对多种色光（超过两种）消除色差的镜头。APO几乎是高档镜头的代名词，也是当前折射望远镜能够拿得出手的标准。APO镜头通常采用萤石玻璃、ED玻璃等能够对色散有效控制的材料。十几年前，能够拥有一台APO标准的折射望远镜是非常奢侈的，而如今，APO折射镜已经是大众的标配，价格也快速降了下来，2000多元就能买一台小口径APO望远镜。但无论怎么改变，折射望远镜物镜的巨大质量还是限制其发展的第一要素，即便折射望远镜的成像非常犀利，世界上大口径的望远镜也都不采用折射式。

2.1.2 反射望远镜

牛顿一直想自己磨制一片成像更加完美的非球面透镜作为制作望远镜的材料，但是无论怎么努力都没有成功。善于从根本上思考问题的牛顿最后决定寻找一种新的东西来代替恼人的透镜作为天文望远镜的主镜，一种全新光路的望远镜就此开始萌芽，并最终被牛顿发明了出来，这就是反射望远镜。反射望远镜的发明让望远镜口径的大型化成为现实。

1668年，在伽利略将望远镜第一次指向太空的59年后，牛顿把一块直径为2.5厘米的金属片磨制成一个凹面，并且在主镜的焦点前面放置了一个与主镜呈45°角的平面反射镜，使经过主镜反射回来的光通过平面镜反射到与主镜呈90°角的目镜上，世界上第一台反射望远镜就此横空出世。因为没有采用透镜作为主镜，所以折射望远镜中令人头疼的色散得到了根除，但是反射镜却能形成彗差，也就是星点并不像折射镜那般犀利，总是拖着一个小小的、像彗星一样的尾巴。尽管如此，反射望远镜的发明还是开创了一个新纪元，捅破了天文望远镜口径大型化的最后一层窗户纸。因为磨制反射镜主镜的材质更容易取得，更容易磨制成功，而且主镜位于望远镜的底部，使得人们可以制作与主镜相配的支撑系统，以抵消主镜质量所带来的变形。世界上大型的天文望远镜都是反射望远镜，包括在太空中执行任务的哈勃望远镜。

但是，反射望远镜有一个让初学者难以上手的缺点，那就是对于“光轴”的调节。因为反射望远镜其实是要让通过3个镜片的两组光路完全重合才能获得清晰图像的望远镜，而3组镜片在搬动或者拆装时容易改变位置，所以每次使用前都需要重新校对。校对光轴是一个既需要经验又需要时间的事情，差一丝一毫都会对成像造成巨大的影响。所以，很多人因为光轴的问题对反射望远镜望而却步，因此也就与大口径的望远镜失之交臂了。

以上两种望远镜在功能和优缺点上，各有千秋。在同一价位的条件下，折射望远镜的口径肯定比反射望远镜要小得多，但是从用起来方便这个角度来看，初学者用折射望远镜比较合适；可是望远镜又是看重口径的器物，虽然反射望远镜上手比较难，但是却拥有更大的口径。所以，买一台什么样的望远镜作为观月利器，需要读者好好斟酌一番。

2.1.3 折反射望远镜

20世纪以来，随着天文观测的深入，天文学家们迫切希望有一种大口径、大视场的望远镜进行大面积巡天观测和拍照。但是当时已有的折射望远镜和反射望远镜均无法满足这个条件，在这样的背景下，折反射望远镜应运而生。

1930年，德国光学家施密特把反射望远镜主镜的抛物面改为球面镜，并在它的球心焦点之前添加了一块接近于平行板的非球面薄透镜作为改正镜。这样不仅可以消除像差，而且因为球面镜接受的各个方向射入的光线量完全相同，所以可以获得巨大的视场，最大可以达到15°。这种望远镜被命名为施密特望远镜。

由于折反射望远镜光学性能优异，所以很快便成为世界各大天文台和天文爱好者的又一选择。由于它的聚光力强，而且焦比小，所以成为目前巡天观测的主力望远镜。

2.1.4 双筒望远镜

如果你没有天文望远镜，那也没关系。其实还有一种天文观测利器是很多家庭都有的，只不过我们平时并不知道它可以看星星，只用它去看风景、球赛和演出，这就是双筒望远镜。

双筒望远镜最大的优势就是可以双目观测，比起天文望远镜的单目，用两只眼睛观测月球会有令人舒适的体感和更为立体的视觉冲击力。无论多大的双筒望远镜，都能够获得比肉眼更加清晰的图像。不过值得注意的两点是：首先，选择双筒望远镜的物镜镀膜颜色时需要注意，不要选择红色或者橙色的镀膜，而要选择绿色、紫色的镀膜，优质的镀膜不仅可以增强观测力，而且还能在一定程度上保护眼睛；其次，正规的望远镜的后方一般会标注一个数字，如7×50，前面的数字代表倍率，后面的数字单位是毫米，代表单个物镜的直径。手持的双筒望远镜倍率一般在11倍以下最为舒适，如果有的商家标榜几百倍，那肯定是假货了。