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牛頓(dun)（Isaac Newton,1642-1727）是英國偉大的(de)科(ke)學(xue)(xue)家,其(qi)研究領域包括了物理學(xue)(xue)、數學(xue)(xue)、天文學(xue)(xue)、自(zi)然哲學(xue)(xue)、煉金術和神學(xue)(xue)。牛頓(dun)發明(ming)了微積分,發現了萬有(you)引(yin)力(li)(li)定(ding)律,創建了經典力(li)(li)學(xue)(xue),設計并(bing)制造了第(di)一架反(fan)射式望遠(yuan)鏡(jing)等,被譽為人類歷史(shi)上最(zui)有(you)影響力(li)(li)的(de)科(ke)學(xue)(xue)家。正如恩格斯所(suo)說："牛頓(dun)由于(yu)發明(ming)了萬有(you)引(yin)力(li)(li)定(ding)律而創立了科(ke)學(xue)(xue)的(de)天文學(xue)(xue)。

工作原理

牛頓在經過多次研制非球(qiu)面的透鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)都不(bu)成功(gong)后(hou)，才決定用球(qiu)面反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)作為(wei)望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)。他把2.5厘(li)米直(zhi)徑的金屬(shu)磨制成一個(ge)凹面反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，并在主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的焦點前放了一個(ge)與主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)成45度角的反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，使經主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)(she)后(hou)的會聚光經反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)后(hou)以90度角反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)(she)出鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)筒后(hou)到達目鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)。所有的巨型(xing)望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)大多屬(shu)于反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)(she)望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，牛頓望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)為(wei)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)(she)望(wang)(wang)(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的發(fa)展輔平(ping)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(kai)口(kou)處的(de)(de)第二反(fan)射(she)鏡(jing)(jing)（平面的(de)(de)對角反(fan)射(she)鏡(jing)(jing)），再次改變方向進入(ru)目鏡(jing)(jing)焦平面。目鏡(jing)(jing)為便于觀察，被安置(zhi)靠(kao)近望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)鏡(jing)(jing)筒頂部的(de)(de)側方。牛頓反(fan)射(she)望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)用平面鏡(jing)(jing)替換昂貴笨重的(de)(de)透鏡(jing)(jing)收(shou)集(ji)和聚焦光線(xian)，從(cong)而使您的(de)(de)每一分錢提供更加多的(de)(de)光線(xian)會集(ji)的(de)(de)力量。

牛(niu)頓反射(she)望遠(yuan)鏡(jing)系(xi)統使(shi)您能擁有焦距(ju)長達1000mm而仍然相對地緊湊和(he)便(bian)攜的(de)望遠(yuan)鏡(jing)。因為主(zhu)鏡(jing)被暴露在(zai)空(kong)氣和(he)塵土(tu)中，牛(niu)頓反射(she)器(qi)望遠(yuan)鏡(jing)要求更多維(wei)護與保養。然而，這(zhe)個小(xiao)缺點不阻礙這(zhe)個類型望遠(yuan)鏡(jing)的(de)大眾化(hua)，對于那(nei)些(xie)想要一(yi)臺價格經濟，但仍然可以解決觀測(ce)微弱，遙遠(yuan)的(de)目標的(de)用戶來說，牛(niu)頓反射(she)望遠(yuan)鏡(jing)是一(yi)個理(li)想的(de)選擇。

由于光學系(xi)統的(de)原(yuan)理，牛頓(dun)望(wang)遠鏡的(de)成像(xiang)(xiang)是一個倒(dao)像(xiang)(xiang)，倒(dao)像(xiang)(xiang)并不影(ying)響(xiang)天(tian)(tian)文(wen)觀測，因此(ci)牛頓(dun)反(fan)射(she)望(wang)遠鏡是天(tian)(tian)文(wen)學使用的(de)最佳選擇。通過正(zheng)像(xiang)(xiang)鏡等附加鏡頭，可(ke)以(yi)將圖像(xiang)(xiang)校正(zheng)過來，但會降低(di)成像(xiang)(xiang)質(zhi)量。

牛(niu)頓(dun)(dun)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)光學設計結(jie)合了施(shi)(shi)密(mi)(mi)特攝星儀(yi)和牛(niu)頓(dun)(dun)式反射(she)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)元素(su)。這個系統將牛(niu)頓(dun)(dun)式反射(she)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)拋物面(mian)鏡(jing)(jing)(jing)換成球面(mian)鏡(jing)(jing)(jing)，因而產生了球面(mian)像(xiang)差。但(dan)就像(xiang)施(shi)(shi)密(mi)(mi)特-卡塞格林望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)一樣，使用施(shi)(shi)密(mi)(mi)特修正板予以修正。次(ci)鏡(jing)(jing)(jing)則承襲牛(niu)頓(dun)(dun)式反射(she)望(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)采用橢圓形的(de)(de)平面(mian)斜鏡(jing)(jing)(jing)。

優缺點

優點

1、和(he)折(zhe)射和(he)折(zhe)反(fan)望遠鏡，同樣口(kou)徑(jing)成本最低，因為(wei)大口(kou)徑(jing)的反(fan)射鏡比透鏡的生產成本低很多。

2、緊湊合理，便攜性(xing)好(hao)，焦距(ju)可(ke)達1000mm以上。

3、由于焦比普遍較短(duan)(f/4到(dao)f/8)，更容易的(de)獲(huo)得(de)較大的(de)視野，具有較好的(de)微弱深(shen)空天體觀測性能，例(li)如遙遠(yuan)的(de)星系、星云和星團(tuan)(但不是很方便，難度大于折反望遠(yuan)鏡)。

4、長(chang)焦距(ju)的(de)(de)牛頓式望遠(yuan)鏡可以(yi)獲得(de)卓(zhuo)越的(de)(de)行星外觀(guan)(guan)，具有較好(hao)的(de)(de)月球和行星的(de)(de)觀(guan)(guan)測性能。

5、由于采用反(fan)射鏡作為主鏡，無色差(cha)。

6、由于光線無須(xu)穿透物(wu)鏡（它只從鏡子的表面反射(she)），所以不需要(yao)特別(bie)的玻璃材料，只需要(yao)能掌握住正確的反射(she)面形(xing)狀，且只需要(yao)處理一個(ge)表面（折射(she)鏡通(tong)常需要(yao)處理四個(ge)表面），因此非常適合非專業人士自制DIY。

7、目鏡(jing)的位置在望遠鏡(jing)筒前端，與(yu)短焦比結合可以(yi)使用(yong)短而緊(jin)湊(cou)的架(jia)臺(tai)系統，減少費用(yong)和增加(jia)便(bian)利性(xing)。

缺點

1、一般(ban)不適合(he)地面(mian)應(ying)用。

2、容易產(chan)生彗(hui)形像差，造成(cheng)影樣(yang)偏離軸(zhou)心(xin)擴散的變形現(xian)象。這種(zhong)擴散在(zai)光軸(zhou)上為零(ling)，隨著鏡子的視域呈線(xian)性的增加，也與焦距除(chu)以口徑的商（焦比）的平方反(fan)比來擴散。

通(tong)常在焦比大于(yu)f/6的系統，彗形像(xiang)差(cha)已經可以忽略(lve)掉，不會影響(xiang)目視(shi)或攝影的結果。

焦(jiao)比小于(yu)f/4的系統，雖然(ran)不能忽視彗形像差，但可以借由廣視野和低(di)倍率成像來避免。

透(tou)鏡也可以用(yong)在(zai)修正牛(niu)頓主鏡的彗形像差上，讓影像恢(hui)復(fu)原有的明銳（所謂(wei)的“施密特(te)-牛(niu)頓式(shi)”）。

3、副鏡在(zai)光路的(de)中間，會遮擋部分光線，反射(she)鏡的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)還會使星像形成衍射(she)星芒，并且(qie)降低銳度(du)和反差(cha)。使用二或三個支(zhi)(zhi)(zhi)架的(de)支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)可(ke)以減少視覺上的(de)星芒，減少衍射(she)的(de)峰值強度(du)提高星像的(de)反差(cha)。彌散斑狀的(de)星像通常是由于(yu)支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)的(de)不穩定(ding)和鏡筒內不規(gui)則流動的(de)空氣使星光不能匯聚形成尖(jian)銳的(de)星點。雖然(ran)十字支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)能比三支(zhi)(zhi)(zhi)架支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)更有效的(de)消除衍射(she)星芒，但(dan)三支(zhi)(zhi)(zhi)架結(jie)構(gou)形成的(de)六線星芒會給人一種審(shen)美(mei)上的(de)良好觀感。

4、牛頓反射望(wang)遠(yuan)鏡(jing)的校準(zhun)(zhun)是個問題。主鏡(jing)和(he)副鏡(jing)的準(zhun)(zhun)直性(xing)會因為運輸和(he)操作時的震動而偏離(li)，這意味著望(wang)遠(yuan)鏡(jing)可能(neng)在(zai)每次使用前都需(xu)要(yao)校準(zhun)(zhun)。

應用特性

應用共路(lu)外(wai)差(cha)干涉法分析(xi)了(le)(le)牛(niu)頓(dun)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)的(de)偏(pian)(pian)(pian)(pian)振(zhen)特性(xing)(xing)。根據菲涅耳定律求出了(le)(le)入(ru)射(she)(she)(she)光(guang)S-偏(pian)(pian)(pian)(pian)光(guang)和(he)(he)P-偏(pian)(pian)(pian)(pian)光(guang)入(ru)射(she)(she)(she)到望(wang)遠(yuan)鏡(jing)各點的(de)反射(she)(she)(she)率公(gong)式。給出了(le)(le)共路(lu)外(wai)差(cha)干涉法測(ce)量(liang)牛(niu)頓(dun)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)偏(pian)(pian)(pian)(pian)振(zhen)特性(xing)(xing)的(de)實(shi)驗裝置原(yuan)理圖。采用632.8nm的(de)外(wai)差(cha)光(guang)源，分析(xi)了(le)(le)牛(niu)頓(dun)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)對(dui)(dui)S-偏(pian)(pian)(pian)(pian)光(guang)和(he)(he)P-偏(pian)(pian)(pian)(pian)光(guang)反射(she)(she)(she)系數、相(xiang)(xiang)位差(cha)以及對(dui)(dui)入(ru)射(she)(she)(she)光(guang)偏(pian)(pian)(pian)(pian)振(zhen)度(du)的(de)影響，根據入(ru)射(she)(she)(she)角度(du)的(de)不同繪制了(le)(le)相(xiang)(xiang)應的(de)變(bian)化(hua)曲線。結果表明：鍍有鋁(lv)膜的(de)牛(niu)頓(dun)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)對(dui)(dui)入(ru)射(she)(she)(she)光(guang)偏(pian)(pian)(pian)(pian)振(zhen)特性(xing)(xing)影響較小，S-偏(pian)(pian)(pian)(pian)光(guang)和(he)(he)P-偏(pian)(pian)(pian)(pian)光(guang)反射(she)(she)(she)系數相(xiang)(xiang)差(cha)不到0．01，偏(pian)(pian)(pian)(pian)振(zhen)度(du)變(bian)化(hua)不超(chao)過0．07，適用于激光(guang)遙感(gan)偏(pian)(pian)(pian)(pian)振(zhen)成像的(de)接收系統。