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牛頓（Isaac Newton,1642-1727）是英國(guó)偉大的科學(xué)家,其研究領(lǐng)域包括了物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)、自然哲學(xué)、煉金術(shù)和神學(xué)。牛頓發(fā)明了微積分,發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律,創(chuàng)建了經(jīng)典力學(xué),設(shè)計(jì)并制造了第一架反射式望遠(yuǎn)鏡等,被譽(yù)為人類(lèi)歷史上最有影響力的科學(xué)家。正如恩格斯所說(shuō)："牛頓由于發(fā)明了萬(wàn)有引力定律而創(chuàng)立了科學(xué)的天文學(xué)。

工作原理

牛頓在經(jīng)過(guò)多次研制非球面的透鏡都不成功后，才決定用球面反射鏡作為望遠(yuǎn)鏡主鏡。他把2.5厘米直徑的金屬磨制成一個(gè)凹面反射鏡，并在主鏡的焦點(diǎn)前放了一個(gè)與主鏡成45度角的反射鏡，使經(jīng)主鏡反射后的會(huì)聚光經(jīng)反射鏡后以90度角反射出鏡筒后到達(dá)目鏡。所有的巨型望遠(yuǎn)鏡大多屬于反射望遠(yuǎn)鏡，牛頓望遠(yuǎn)鏡為反射望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展輔平了道路。

牛頓反射望遠(yuǎn)鏡采用拋物面鏡作為主鏡，光進(jìn)入鏡筒的底端，然后折回開(kāi)口處的第二反射鏡（平面的對(duì)角反射鏡），再次改變方向進(jìn)入目鏡焦平面。目鏡為便于觀察，被安置靠近望遠(yuǎn)鏡鏡筒頂部的側(cè)方。牛頓反射望遠(yuǎn)鏡用平面鏡替換昂貴笨重的透鏡收集和聚焦光線，從而使您的每一分錢(qián)提供更加多的光線會(huì)集的力量。

牛頓反射望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)使您能擁有焦距長(zhǎng)達(dá)1000mm而仍然相對(duì)地緊湊和便攜的望遠(yuǎn)鏡。因?yàn)橹麋R被暴露在空氣和塵土中，牛頓反射器望遠(yuǎn)鏡要求更多維護(hù)與保養(yǎng)。然而，這個(gè)小缺點(diǎn)不阻礙這個(gè)類(lèi)型望遠(yuǎn)鏡的大眾化，對(duì)于那些想要一臺(tái)價(jià)格經(jīng)濟(jì)，但仍然可以解決觀測(cè)微弱，遙遠(yuǎn)的目標(biāo)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，牛頓反射望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)理想的選擇。

由于光學(xué)系統(tǒng)的原理，牛頓望遠(yuǎn)鏡的成像是一個(gè)倒像，倒像并不影響天文觀測(cè)，因此牛頓反射望遠(yuǎn)鏡是天文學(xué)使用的最佳選擇。通過(guò)正像鏡等附加鏡頭，可以將圖像校正過(guò)來(lái)，但會(huì)降低成像質(zhì)量。

牛頓望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合了施密特?cái)z星儀和牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡的元素。這個(gè)系統(tǒng)將牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡的拋物面鏡換成球面鏡，因而產(chǎn)生了球面像差。但就像施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡一樣，使用施密特修正板予以修正。次鏡則承襲牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡采用橢圓形的平面斜鏡。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、和折射和折反望遠(yuǎn)鏡，同樣口徑成本最低，因?yàn)榇罂趶降姆瓷溏R比透鏡的生產(chǎn)成本低很多。

2、緊湊合理，便攜性好，焦距可達(dá)1000mm以上。

3、由于焦比普遍較短(f/4到f/8)，更容易的獲得較大的視野，具有較好的微弱深空天體觀測(cè)性能，例如遙遠(yuǎn)的星系、星云和星團(tuán)(但不是很方便，難度大于折反望遠(yuǎn)鏡)。

4、長(zhǎng)焦距的牛頓式望遠(yuǎn)鏡可以獲得卓越的行星外觀，具有較好的月球和行星的觀測(cè)性能。

5、由于采用反射鏡作為主鏡，無(wú)色差。

6、由于光線無(wú)須穿透物鏡（它只從鏡子的表面反射），所以不需要特別的玻璃材料，只需要能掌握住正確的反射面形狀，且只需要處理一個(gè)表面（折射鏡通常需要處理四個(gè)表面），因此非常適合非專(zhuān)業(yè)人士自制DIY。

7、目鏡的位置在望遠(yuǎn)鏡筒前端，與短焦比結(jié)合可以使用短而緊湊的架臺(tái)系統(tǒng)，減少費(fèi)用和增加便利性。

缺點(diǎn)

1、一般不適合地面應(yīng)用。

2、容易產(chǎn)生彗形像差，造成影樣偏離軸心擴(kuò)散的變形現(xiàn)象。這種擴(kuò)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(lái)擴(kuò)散。

通常在焦比大于f/6的系統(tǒng)，彗形像差已經(jīng)可以忽略掉，不會(huì)影響目視或攝影的結(jié)果。

焦比小于f/4的系統(tǒng)，雖然不能忽視彗形像差，但可以借由廣視野和低倍率成像來(lái)避免。

透鏡也可以用在修正牛頓主鏡的彗形像差上，讓影像恢復(fù)原有的明銳（所謂的“施密特-牛頓式”）。

3、副鏡在光路的中間，會(huì)遮擋部分光線，反射鏡的支撐結(jié)構(gòu)還會(huì)使星像形成衍射星芒，并且降低銳度和反差。使用二或三個(gè)支架的支撐結(jié)構(gòu)可以減少視覺(jué)上的星芒，減少衍射的峰值強(qiáng)度提高星像的反差。彌散斑狀的星像通常是由于支撐結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定和鏡筒內(nèi)不規(guī)則流動(dòng)的空氣使星光不能匯聚形成尖銳的星點(diǎn)。雖然十字支撐結(jié)構(gòu)能比三支架支撐結(jié)構(gòu)更有效的消除衍射星芒，但三支架結(jié)構(gòu)形成的六線星芒會(huì)給人一種審美上的良好觀感。

4、牛頓反射望遠(yuǎn)鏡的校準(zhǔn)是個(gè)問(wèn)題。主鏡和副鏡的準(zhǔn)直性會(huì)因?yàn)檫\(yùn)輸和操作時(shí)的震動(dòng)而偏離，這意味著望遠(yuǎn)鏡可能在每次使用前都需要校準(zhǔn)。

應(yīng)用特性

應(yīng)用共路外差干涉法分析了牛頓望遠(yuǎn)鏡的偏振特性。根據(jù)菲涅耳定律求出了入射光S-偏光和P-偏光入射到望遠(yuǎn)鏡各點(diǎn)的反射率公式。給出了共路外差干涉法測(cè)量牛頓望遠(yuǎn)鏡偏振特性的實(shí)驗(yàn)裝置原理圖。采用632.8nm的外差光源，分析了牛頓望遠(yuǎn)鏡對(duì)S-偏光和P-偏光反射系數(shù)、相位差以及對(duì)入射光偏振度的影響，根據(jù)入射角度的不同繪制了相應(yīng)的變化曲線。結(jié)果表明：鍍有鋁膜的牛頓望遠(yuǎn)鏡對(duì)入射光偏振特性影響較小，S-偏光和P-偏光反射系數(shù)相差不到0．01，偏振度變化不超過(guò)0．07，適用于激光遙感偏振成像的接收系統(tǒng)。