璀燦的群星，絢爛的銀河，在晴朗無雲、無光害的夜晚，你是否也會被美麗的星空所吸引？夜晚的天空被無數的星座、皎潔的明月、偶爾出現的流星所點綴，想要更進一步認識星空，除了用肉眼觀察之外，我們則需要使用專門的工具來觀測。

「天文望遠鏡」能將太空中遠處的天體影像放大，不但能讓我們看清楚月球表面的坑洞、太陽黑子，及星團、星雲的結構，還可以搭配相機留下最美好的攝影記錄。

一般天文望遠鏡的結構有兩部分：主鏡（物鏡）跟目鏡。主鏡的功能是收集光線，因為人的肉眼瞳孔太小，入射光量不足，所以不容易看清楚遠處的物體；而天文望遠鏡主（物）鏡的直徑較大，可以允許大量的光線進入。所以天文望遠鏡的效能，完全取決於主鏡的直徑，我們稱之為「口徑」。「口徑」越大的天文望遠鏡收集光線的能力越強，成像的效果越明亮、解析度也越好。

隨著科技的進步及發展，科學家已經研發出各式新型的天文望遠鏡，這些天文望遠鏡大致可以分成3種類型：「折射式望遠鏡」、「反射式望遠鏡」，以及「複合式望遠鏡（又稱折反射式望遠鏡）」，以下針對這3種主要類型，做簡單的介紹。

折射式望遠鏡（Refracting Telescope）

西元1608年荷蘭人漢斯‧李普西（Hans Lippershey）成為第一個申請望遠鏡專利的人，後來伽利略（Galileo Galilei）在1609年時改良了漢斯的望遠鏡，製成「折射式望遠鏡」，用來觀測天象，從此開啟了天文學一個新的紀元。

伽利略的「折射式望遠鏡」是使用一面凸透鏡作為主鏡，另外用一面凹透鏡作為目鏡（其他大多數折射式望遠鏡的設計，目鏡多使用凸透鏡），再用一個長鏡筒將兩片透鏡組合起來，觀測者即可在鏡筒後方觀察成像。

至於「折射式望遠鏡」成像的原理，是由主鏡聚集光線，光線經過凸透鏡之後就在鏡筒後半部形成「影像」，目鏡的位置則位在「成像」的後方，其作用像是用一個小的放大鏡，來看所放大的影像。

折射式望遠鏡成像原理

根據所使用的透鏡種類與功能，折射式望遠鏡有幾種不同的設計，包括：伽利略望遠鏡（Galileo telescope）、開普勒望遠鏡（Keplerian Telescope）、消色差折射鏡（Achromatic Refractors），以及高度消色差折射鏡（Apochromatic Refractors）。目前世界上有許多天文台均使用折射式望遠鏡來觀測天文現象，包括：美國葉凱士天文台（Yerkes Observatory，口徑100公分）、瑞典太陽望遠鏡（Swedish Solar Telescope，口徑98公分）、法國巴黎天文台（Paris Observatory，口徑83公分）等。

奧克蘭塞波特天文和科學中心折射式望遠鏡

反射式望遠鏡（Reflecting Telescope）

由於光線經過不同介質時會產生色散現象（菱鏡效應），因此「折射式望遠鏡」有明顯的「色差問題」。當人們使用「折射式望遠鏡」深受色差問題困擾時，牛頓（Isaac Newton）乃在西元1668年率先使用凹面鏡作為主鏡，改變傳統「折射式望遠鏡」的設計。當時牛頓還加入一個平面鏡來改變光的路徑，讓觀測者可以在望遠鏡鏡筒的側邊觀測，這樣的設計被人們稱為「牛頓反射式望遠鏡」。

「牛頓反射式望遠鏡」的結構，是將一個有一定弧度的凹面鏡放在鏡筒的末端作為主鏡，在接近鏡筒頂端的地方，另有一個平面反射鏡與主鏡呈一定角度，如此即可將主鏡所收集的光線反射到目鏡（凸透鏡）中。其成像的原理：當光線進入鏡筒再由主鏡反射聚焦，接著鏡筒前的平面鏡會將光線反射，以改變光的路徑到鏡筒側邊而成像，觀察者即可透過成像後面的透鏡來觀察放大的影像。

反射式望遠鏡成像原理

根據不同的設計原理，「反射式望遠鏡」可分成5種類型，包括：格里望遠鏡（Gregorian Telescope）、牛頓望遠鏡（Newtonian Telescope）、卡賽格林式（Cassegrain Reflector）、離軸設計（Off-axis Design）、以及液體鏡面望遠鏡（Liquid Mirror Telescope）等。

牛頓反射式望遠鏡原型複製品

折反射式望遠鏡（Catadioptric Telescope）

雖然「反射式望遠鏡」解決了「折射式望遠鏡」的色差問題，但是主鏡的凹面鏡必需是完美的拋物面，才能將光線準確的聚焦，否則會出現成像邊緣模糊的情形，稱之為「球面像差」；所以科學家之後又研發了「折反射式望遠鏡」，結合「折射式」與「反射式」望遠鏡的優點。

「折反射式望遠鏡」也稱「複合式望遠鏡」，它的設計是結合「折射系統」與「反射系統」，在鏡筒入光處放置一個「修正透鏡（Corrector）」，用來修正主鏡的球面像差。

「折反射式望遠鏡」之主鏡通常是球面鏡，固定在鏡筒後方主鏡座上，與鏡筒分離且不相連，主鏡中央有缺口可讓被副鏡反射的光線通過，而在「主鏡」後方形成影像；「折反射式望遠鏡」的「副鏡」也是球面鏡，固定在「修正透鏡」的中央。

至於「折反射式望遠鏡」的成像原理：當光線通過「修正透鏡」進入「鏡筒」，再經過「主鏡」與「副鏡」兩次反射之後，即在主鏡後方聚焦成像；另在「聚焦面」後方放置「目鏡」，用來觀察成像。

由於「折反射式望遠鏡」是經過主鏡及副鏡兩次的反射，以延長焦距的作用，所以鏡筒的設計可以很短。通常鏡筒的長度往往只是口徑的2倍到3倍左右，越小的鏡筒越輕便、容易攜帶，也更容易固定在底座上。

折反射式望遠鏡成像原理

「折反射式望遠鏡」主要有兩種設計，包括：施密特-卡賽格林式（Schmidt–Cassegrain Telescope）與馬克蘇托夫-卡賽格林式（Maksutov–Cassegrains Telescope）。兩者最大的差異，在於：施密特式的修正透鏡為非球面透鏡，而馬克蘇托夫式則是容易磨製的球面透鏡。

馬克蘇托夫式折反射式望遠鏡

各種天文望遠鏡優缺點之比較

天文望遠鏡根據其所組成的透鏡、面鏡與設計，各有使用的優、缺點，以下我們列表比較各種天文望遠鏡的優點與缺點。

天文望遠近鏡比較表

由於天文望遠鏡所費不貲，因此採購的時候應該不只是關注望遠鏡的口徑大小，使用者應該在了解各種天文望遠鏡的原理與優缺點之後，再根據自己的需求和經濟能力，並考量維修與使用上的需求，購買最合適的望遠鏡。