望远镜为什么能看到远处的物体？
想象一下，远处的一个物体，比如一颗遥远的恒星，它发出的光在宇宙中传播了极其漫长的距离才到达地球。当这些光到达我们这里的时候，它们已经变得非常微弱，而且光线是向四面八方发散的。我们人眼的直径非常小，所以只能捕捉到极其微小的一部分光线。这就好比你站在一个巨大的体育场外面，想看清楚里面正在发生什么，但你只能通过一扇很小的窗户往里瞧，看到的自然是模糊不清或者根本看不到。
望远镜就是那个“大窗户”。它使用一个比我们眼睛大得多的收集器——通常是巨大的镜片（折射望远镜）或抛物面镜（反射望远镜）。这个收集器就好比一个巨大的“光桶”。它能够捕获从远处物体发出的、原本会分散掉的大量光线。收集到的光线越多，我们看到的目标就越亮，也就越容易被分辨出来。这就是望远镜的第一个重要功能：集光能力。
集光能力强了，我们就能看到更暗、更远的物体。但仅仅收集到光线还不够，我们还需要能看清楚它。这就牵扯到望远镜的第二个关键作用：放大作用。
在传统的折射望远镜里，光线通过一个称为“物镜”的大型镜片。这个物镜收集到远处物体发出的平行光线，并将它们聚焦到一个点上，形成一个相对较小的、倒立的实像。然后，我们通过另一个小镜片——“目镜”，来观察这个实像。目镜的作用就像一个放大镜，它能够将这个小实像再次放大，让我们看到一个更大、更亮的虚像，这个虚像就是我们看到的被放大了的远处物体。
更具体地说，物镜的焦距（光线聚焦的距离）和目镜的焦距决定了望远镜的放大倍数。焦距越长，放大倍数越大。我们看到的星星会显得更大，而原本只是一个模糊光点的遥远星系，则可能展现出它内部结构的细节，比如旋臂的形状或者星团的分布。
对于反射望远镜，原理类似，只不过它用的是一个大口径的抛物面主镜来收集和反射光线，而不是用镜片来折射光线。主镜将光线汇聚到一个焦点，然后通过次镜将光线引到目镜处进行放大。反射望远镜的优势在于它可以做得更大，而且不像折射望远镜那样容易产生色差（不同颜色的光聚焦在不同位置的问题）。
除了集光和放大，现代望远镜还有一些更高级的技术。比如，为了克服地球大气层对光线的干扰（大气抖动会让星星看起来像在闪烁，而且模糊不清），很多大型望远镜会采用自适应光学技术，利用快速变形的镜面来实时补偿大气的扰动，使得图像更加清晰锐利。此外，还有空间望远镜，比如著名的哈勃望远镜，它们被放置在地球大气层之外，不受大气干扰的影响，能够拍摄到极其清晰和遥远的宇宙图像。
所以，简单来说，望远镜就像一个精密的“光线收集和重塑”工具。它通过一个巨大的“光收集器”（物镜或主镜）捕捉到从遥远物体那里微弱但集中的光线，然后通过一系列的光学元件（镜片或镜子）将其放大并聚焦，最终呈现在我们的眼前，让我们得以窥见那些肉眼无法触及的宇宙奥秘。每一次按下快门（或者说，每一次观察），都是在积攒那些穿越了漫长时间和空间的微弱光子，并将它们的故事讲述给我们听。
网友意见
长文多图预警！
啊这，题目也没说是什么望远镜啊，望远镜也分很多种啊
望远镜自从被发明到现在已经有400多年的历史了，想要把所有望远镜都简单介绍一遍实在是一项浩大的工程，因此，我们只简单的介绍一些有代表性的，关于望远镜更详细的发展历程可以见参考文献。
最早的望远镜出现在1608年，如你所想，最早时磨镜子的小伙计先把两个老花镜镜片（即凸透镜）叠放在一起，发现远处的物体清晰可见，这一想法被伽利略知道了，1609年，伽利略制作了第一个望远镜。其原理很简单，就俩放大镜，如下图所示：
这个望远镜由两片凸透镜组成，入射的光线经物镜放大后，成像，正好落在目镜的焦点内，目镜也是凸透镜，将像放大，人眼就看到了物体的放大的虚像，这种望远镜利用凸透镜对光的折射作用，因此被称为折射式望远镜。伽利略利用折射式望远镜发现了太阳黑子、月球的环形山、金星的盈亏和木星的卫星等，做出了许多贡献。
而1668年，牛顿制成了“反射式望远镜”，这种望远镜利用凹面镜反射光线成像，光路图如图所示：
如图所示，光线进入望远镜后，经由物镜凹面镜反射后，在凹面镜焦点附近成像，由目镜反射进入人眼。可以看到，远处庞大的物体反射的接近平行的光经过望远镜汇聚反射后形成一个小的像，距离越远，反射光线能进入望远镜的物体就越大，因此，起到望远的效果。这种望远镜主要利用光的反射，因此称为反射式望远镜。
折射式望远镜与反射式望远镜各有优劣，但随着望远镜越做越大，越望越远，折射式望远镜遇到了许多困难。首先式制作大块的用于制作的透镜的光学玻璃非常困难，再者，光线要透过整块透镜，因此望远镜只能在透镜薄薄的边缘做支撑，厚重的中部无法获得有效支撑。而另一方面，反射式望远镜却发展很好，越来越大的望远镜被制作出来，1948年，海尔望远镜落成，这个望远镜本身重达14.5吨，整个望远镜镜筒重达140吨，口径达到了5.8米。
望远镜的的口径越大，收集到的光就越多，分辨细节的能力就越强，因此，天文学家一直致力于制造更大口径的天文望远镜，不过另一方面，口径越大，视场就越小，为此，施密特（Bernhard Voldemar Schmidt）提出增加改进透镜的方法来增大视场，详细内容请见参考文献1，其光路图如下所示：
而在增大口径这方面，天文学家从未放弃，但造出特别大的镜子实在是困难，因此，科学家提出可以制造许多较小的镜子，然后拼接成一块大镜子，这就是“拼接镜面”技术，同时在镜子上增加传感器，以调整镜子姿态，实现对拼接的镜子的形状的精准控制，这就是“主动光学”技术，此外，还有“自适应光学”技术，是为了消除大气扰动的影响。根据这些技术，我们制作了一些口径8-10米的光学望远镜。
另一方面，我们还将望远镜搬上太空，以彻底摆脱大气对观测的影响。1990年，美国将口径2.4米的哈勃望远镜送进天空，为天文学探测做出了不可磨灭的贡献。而未来，我们还设想将望远镜送上月球，实现月基天文台。
光学望远镜是利用入射到地面的光来实现对宇宙和天体的探测。光是一种电磁波，而实际上，入射到地表的电磁波并不只有光，还有红外波段和射电波段。
射电望远镜的原理很简单，只是把接受光线变成了接射电波段（通常指波长1mm-30m波段的电磁波，尤其是40mm-30m波段，大气对这一波段几乎是透明的）。原理也是反射式，即有一个大反射镜（对射电波段反射率高，一般采用金属网或金属板，人眼看起来可能不像镜子）。反射镜一般是旋转抛物面，将电磁波汇聚到焦点，再由接收器接受，转换为电信号。
暴露年龄的时间到了，射电望远镜的原理其实跟卫星信号接收器一样，外观也很相似，就是尺寸差距很大，不知道，有多少看官知道这个看电视用的卫星信号接收器（俗称“大锅盖”）呢？
但是，天文望远镜的分辨能力与观测波长成反比，而射电波段的电磁波波长比光学望远镜的波长长太多了，因此哪怕是口径百米以上的射电望远镜分辨能力也不如10米口径的光学望远镜，不过射电望远镜可以观察一些射电波段的天体活动，像上世纪60年代的重大发现，像宇宙微波背景辐射、脉冲星、类星体等都有射电望远镜的贡献。
为了解决射电望远镜空间分辨率太低的问题，我们提出了综合孔径射电望远镜和甚长基线干涉测量技术。这两个技术本质上都可以看作，一个不够，一堆来凑。
综合孔径技术与上文提到的光学望远镜的拼接镜面类似，是利用多座单体射电望远镜在电脑的精确控制下，拼接组成一座大口径的射电望远镜。综合孔径射电望远镜技术使得射电望远镜在空间分辨率上已经超过了光学望远镜。
而射电望远镜的的大杀器是甚长基线干涉测量技术。综合孔径技术还是在同一地区的大型射电望远镜，而甚长基线干涉测量可以利用位于不同地区的射电望远镜进行干涉测量。
简单介绍一下所谓的射电干涉测量技术吧，这段可能需要一点光学基础。
射电干涉测量技术是收集位于两地的射电望远镜的信号，混频后利用乘法器的到干涉条纹。由于两座射电望远镜存在一定距离，且基线（可以理解为两座望远镜的连线）与天体的射电辐射有一定夹角，同一时间，同一天体的的信号到达两座望远镜的时间一般是不同的（也有可能相同），因此，对于同一波前，两座射电望远镜同时接受到的信号有一个相位差，这个相位差就是信号的时延，而干涉条纹正是来自于此。而这个时延与基线长度和基线与射电辐射的夹角有关（就是基线在射电辐射方向的投影长度除以光速），基线长度是不变的，但基线与射电辐射的夹角会随着地球自转发生变化，因此干涉条纹也会变化，我们就可以通过干涉条纹的变化来计算得到天体的方向和距离。
射电干涉测量技术对时间同步要求很高，因此，一般采用原子钟进行精确计时。
而甚长基线干涉测量就是利用多座非常长距离（甚长基线）的射电望远镜进行干涉测量，理论上，利用甚长基线干涉测量技术，我们可以利用全球的射电望远镜组成一座口径相当于地球大小的射电望远镜，我们拍摄黑洞照片就是利用了甚长基线干涉测量技术。
而如果我们将射电望远镜送入太空，我们可以利用甚长基线干涉测量组成一个更大口径的射电望远镜。
此外，还有亚毫米波望远镜，利用的是波长略小于毫米波的电磁波，原理与射电望远镜相同。由于大气对亚毫米波吸收更强一些，所以亚毫米波望远镜要放在高海拔，气候干燥气流稳定的高地上，因此起步较晚。
除了可见光波段和射电波段，还有红外波段、紫外波段、X射线波段以及γ波段的电磁波同样可以利用，不过这些波段大部分都会被大气层强烈吸收和散射，很多波段都难以到达地面，因此，位于这四个波段的望远镜一般建设在太空中，而太空望远镜也有许多优于地面望远镜的优点，尤其上世纪以来，随着我们探索太空，火箭技术迅速发展，空间望远镜发展也很迅速。
在望远镜技术方面我国发展迅速，但仍与世界先进水平有一定差距。
郭守敬望远镜是由中国科学院国家天文台承担研制的我国自主创新的、世界上口径最大的大视场兼大口径及光谱获取率最高的望远镜。这是一台反射式施密特望远镜，主镜是由37 块1.1 m六角形子镜拼接成6.67 m×6.58 m的主镜，以及由24 块1.1 m六角形子镜拼接成的5.72 m×4.4 m 反射施密特改正镜。郭守敬望远镜位于中国科学院国家天文台兴隆观测站，与2012年9月正式启动巡天。
而位于夏威夷群岛的两台凯克望远镜则是反射式施密特望远镜的代表，两台望远镜口径均在10米左右。
位于贵州的500米口径球面射电望远镜（FAST天眼）则是世界上最大的单体单口径射电望远镜，于2020年1月11日通过国家验收并正式开始投入运行使用。
世界最大综合孔径射电望远镜是美国于1980年建成了甚大阵综合孔径射电望远镜（简称VLA），它由27面口径25米的可移动抛物面天线组成，分别安置在3条铁轨上，呈现为一个巨大的Y形。
中国的综合口径射电望远镜我查询到的资料较少，欢迎各位看官补充。中科院国家天文台在新疆有“天籁计划”，主要用于暗能量探测；位于新疆乌拉斯台观测站的21CMA，是一部大型低频射电综合孔径望远镜；位于内蒙古明安图观测站，主要用于太阳射电物理研究。
至于甚长基线干涉测量技术。甚长基线干涉阵在高分辨观测方面具有独特地位。国际主要的VLBI 网络包括美国VLBA、欧洲EVN、日本VERA、俄罗斯低频VLBI干涉阵和中国CVN等。韩国的重点设备KVN也将投入使用。
我国甚长基线干涉测量观测网（CVN）由上海佘山25m射电望远镜、乌鲁木齐南山25m射电望远镜、北京密云50m射电望远镜、云南昆明40m射电望远镜以及上海数据处理中心组成，是完成深空探测飞行器测轨、定位功能的关键技术设施。CVN分辨率相当于口径超过3000km的巨大的综合望远镜，可获得极高的测角精度。
最后，如果像了解更多有关望远镜的知识，甚至还想直接学习使用望远镜的，请允许我介绍一下我的小伙伴：中国科学院国家天文台、中国科学院上海天文台、中国科学院云南天文台、中国科学院新疆天文台以及中国科学院紫金山天文台。参考资料有各天文台主页。
当然，相信我们未来一定越发展越好，我们的征途是星辰大海。
参考资料：
[1]卞毓麟.观天慧眼:天文望远镜的400年[J].自然与科技,2009(05):8-21.
[2]汤海明.走近天文之三天文望远镜[J].物理,2020,49(05):341-343.
[3]薛艳杰,薛随建,朱明,崔辰州.天文望远镜技术发展现状及对我国未来发展的思考[J].中国科学院院刊,2014,29(03):368-375.
[5]朱英盼. 甚长基线干涉测量精密定轨技术[D].电子科技大学,2015.
类似的话题
-
你有没有想过，为什么那些巨大的望远镜，比如哈勃或者地面上的巨型天文台，能够捕捉到宇宙深处那些比我们太阳系远上亿万光年的遥远星系的光线？这其实是一个非常巧妙地利用了光和镜片（或者镜子）的原理。说白了，望远镜能看到远处的物体，核心在于它能收集更多的光，并且把这些光“放大”，让我们看到原本肉眼无法分辨的细............. -
.......
-
大家小时候可能都对着夜空好奇过，想着那些遥远的星星到底长什么样。长大后，我们接触到望远镜，一开始的愿望大概就是想看看月亮上有没有嫦娥，或者火星上是不是真的住着外星人。但说实话，即便拿我们最顶尖的地面望远镜，甚至是一些太空望远镜，我们看到的星球表面，通常也不是像看地球上的山川湖泊那样清晰。这里面其实有.............
-
在《长安十二时辰》这部剧里，秦景寺的执事能够看懂望楼的秘语，这背后其实是隐藏着一套严谨的逻辑和设定，绝非偶然。首先，我们要明白望楼传递的是什么信息。望楼在剧中是传递军事情报和紧急通知的重要手段，其传递的“秘语”并非是凭空出现的神秘符号，而是经过精心设计的代码或者说是暗号系统。想象一下，在古代，通讯手.............
-
詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的发射地点选择，确实是一个非常关键且经过深思熟虑的决定，它并非“不远千里”，而是出于科学和工程上的最优化考量。把它运到南美洲的法属圭亚那，是为了确保望远镜能够安全、高效地进入预定轨道，并最大限度地发挥其科学潜力。要理解这一点，我们需要从几个方面来解读：1. 地球的自.............
-
这个问题问得很有意思，也触及到了FAST望远镜设计上的一个关键考量。简单来说，FAST并非是“非球面”或“非抛物面”，而是 FAST的主镜确实是球面的，但它是一个非常特殊且经过精心设计的“局部球面”，用来模拟一个巨大的抛物面。之所以这样设计，背后有非常实际的原因，跟它的独特性和建造难度息息相关。我们.............
-
韦伯望远镜拍摄的测试照片上出现的六角星芒，实际上是星光绕过望远镜主镜支撑结构衍射（diffraction）的物理现象，而不是真正的六角形恒星。这个现象的产生涉及到几个关键因素和物理原理，我们可以详细地解释：1. 光的衍射（Diffraction）： 什么是衍射？ 衍射是光的一种基本物理性质，当光波遇.............
-
哈勃望远镜之所以无法拍出清晰的冥王星照片，主要原因在于距离、冥王星本身的物理特性以及哈勃望远镜的设计局限性。下面我将详细解释这些原因：1. 巨大的距离：这是最根本的原因。 远超地球的尺度： 冥王星距离地球非常遥远。即使在它离地球最近的时候，它与地球的平均距离也高达约 42.8 亿公里（26.6 亿英.............
-
开普勒望远镜选择长期凝视天鹅座，并非偶然的决定，而是深思熟虑的科学策略的体现，其核心目标是最大化发现系外行星的可能性，尤其是那些可能孕育生命的类地行星。要理解这一点，我们需要深入了解开普勒任务的科学目标以及它所采用的观测方法。开普勒望远镜的核心使命：寻找地球的近亲开普勒望远镜（Kepler Spac.............
-
这个问题很有意思，确实，我们在新闻里经常听到某某富豪捐赠巨款建造大型天文望远镜，比如贝索斯捐赠的“超巨型望远镜”（ELT），或者其他一些私人基金会支持的射电望远镜项目。但反观粒子加速器，即便是像欧洲核子研究中心（CERN）那样举世瞩目的项目，也几乎完全是国家拨款和国际合作的成果，很少见到“某某科技巨.............
-
你这个问题问得非常到位，也触及到了航天工程中许多精妙的权衡和考虑。我们通常看到的哈勃望远镜、詹姆斯·韦伯望远镜等这些闪耀着科学光芒的“大眼睛”，它们并没有直接安家在国际空间站（ISS）这样一个庞大的人造天体上，这背后可不是简单的“装不下”或者“嫌弃”，而是出于一系列非常关键的技术、操作、成本和科学需.............
-
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的发射日期，从最初设定的2018年推迟到2019年，再到后来的更远，是一个相当复杂的故事，背后涉及到的原因并非单一，而是多种因素叠加的结果。这并非简单的“一个原因”，而是工程、技术、预算和项目管理等多个维度上的挑战共同作用的体现。首先，我们得理解JWST的非凡之处。.............
-
詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的成功发射和运行，无疑是人类航天史上的一个里程碑，其科学意义和技术成就都极其辉煌。然而，在中文互联网的热搜榜上，它确实不像某些其他热点事件那样“爆炸式”地出现。究其原因，是一个多方面因素交织作用的结果，我们可以从以下几个角度来详细分析：1. 信息传播的特性与目标受众.............
-
我们抬头仰望星空，心中总会涌现一个古老的问题：我们是宇宙中孤独的存在吗？这个问题驱动着一代又一代的天文学家，也驱使着我们建造越来越强大的天文望远镜。从伽利略简陋的镜片，到如今遍布全球、凌驾于大气层之上的巨型装置，我们的视野早已超越了肉眼所能及的范围，触及了宇宙深处的奥秘。然而，尽管我们取得了巨大的进.............
-
关于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）为何不“停”在拉格朗日L2点，而是选择绕L2点“转圈”这个问题，这背后其实涉及到非常精妙的天体力学和望远镜的实际运行需求。简单来说，JWST之所以选择一个围绕L2点的轨道，而不是直接“锚定”在L2点上，是为了 在维持光学观测的稳定性和节省燃料之间找到一个最佳平衡.............
-
你有没有试过，在家里的某个角落，突然发现你家猫主子正以一种近乎入定的姿态，一动不动地盯着虚空？那眼神，时而警惕，时而若有所思，仿佛在进行一场只有它自己能懂的深刻冥想。这场景，对于养猫的我们来说，简直是再熟悉不过了。猫咪为什么会突然“宕机”一样，长时间地凝视一个地方呢？这可不是它们在发呆，背后其实藏着.............
-
要说刘裕诛杀司马懿后人中有才望者，这事儿得掰开了揉碎了讲，还得从当时的大背景说起。这可不是小事，里面牵扯到 राजवंश更替的血腥史，以及新王朝建立者巩固权力的政治考量，还有一些历史的巧合与必然。首先，咱们得明白刘裕是谁，他为什么能当皇帝。刘裕出身贫寒，是个实打实的寒门子弟。你想想，在那个门阀士族把.............
-
《红楼梦》第十八回，元春省亲，命众姐妹各作一诗，并亲笔御笔题写在各景致的匾额上。在众多姐妹的诗作中，元春独独盛赞贾宝玉所作的《杏帘在望》为“最好”，这其中缘由，细品之下，绝非偶然，而是多方面因素交织的结果。首先，从诗歌本身的意境与情感来看，《杏帘在望》之所以能打动元春，在于它准确地捕捉并升华了元春省.............
-
你这个问题挺有意思的，触及到了很多球迷心中的一块“舒适区”和一些“情怀”的碰撞。你觉得迪斯蒂法诺不比梅西差，这很正常，毕竟迪斯蒂法诺确实是足球史上的一座丰碑。但为啥现在很多梅西球迷，甚至可以说是主流声音，会把梅西排到“坐二望一”的位置，甚至更高呢？咱们掰开了揉碎了聊聊。首先得承认，迪斯蒂法诺是个传奇.............
-
这是一个很有意思的观察，也触及到了日本动画业界，尤其是吉卜力工作室内部一些微妙的文化和历史。铃木敏夫和押井守作为两位在动画界举足轻重的人物，他们的作品和观点自然备受关注。他们合著或共同编辑的关于吉卜力的书籍，往往会深入探讨工作室的核心作品、创作理念以及那些被视为“主流”的代表作。而《听到涛声》恰恰在.............
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有