为了让我看清演唱会爱豆，牛顿和胡克又吵架了

1672 年 1 月 11 日，牛顿向英国皇家学会会员展示了他的反射望远镜。 与起源于伽利略时代的透镜成像折射望远镜不同，牛顿望远镜使用镜子成像。 后来，科学史学家会说是牛顿发明了望远镜。 然而，这段简短的历史掩盖了一个更加有趣和复杂的故事。 牛顿发明望远镜的说法立即受到另外两位竞争者詹姆斯格雷戈里（James ）和洛朗卡塞格林（ ）的质疑。 更令人费解的是，最早使用曲面镜聚焦光线的想法比牛顿早1500多年提出； 而最终实用反射望远镜的实现比牛顿晚了半个多世纪。

牛顿1671年制造的反射望远镜| 来源英国皇家学会

反射望远镜所使用的光学原理很早就被提出，可以追溯到公元一世纪埃及数学家、工程师和发明家“亚历山大英雄”的反射光学。 他证明抛物面镜可以聚焦平行入射光线并形成图像。 没有证据表明希罗确实制造了反射光学器件。 但现在，屋顶上常见的电视天线“大锅盖”利用了希罗的理论，将扩展的无线电信号聚焦到一个点。

中世纪的伊斯兰眼镜商还发现了曲面镜的聚焦特性，最著名的是 10 世纪波斯学者 Abu Said al-Allah ibn Saar 的《燃烧的镜子和透镜》。 遗憾的是，伊本萨尔的著作在当时似乎影响不大，直到20世纪才受到重视。 希罗是文艺复兴时期意大利艺术家和工程师最喜欢的作家，因此反射望远镜的原理在达芬奇未出版的手稿中重新出现也就不足为奇了。 但达芬奇对望远镜的兴趣仅在于写作和绘画，他并没有尝试实际建造这样一台望远镜。

真正建造第一台望远镜的功劳归功于意大利天文学家尼科洛祖基 ( )，他在《光学哲学》一书中写道，他于 1616 年建造了一台带有曲面的望远镜。带有铜镜的望远镜。 镜子在焦点处形成的图像需要放大才能看到。 Zuki 在光路中添加了传统折射望远镜的目镜，放大镜面聚焦的图像。 但他发现生成的图像扭曲得面目全非。 他发现反射望远镜的一个主要问题：很难研磨和抛光适当弯曲的金属镜。 虽然磨光镜片也会产生表面缺陷，但镜子表面的缺陷对光线的偏转强度是镜片表面相同尺寸缺陷的六倍。 （光线在透镜中弯曲，减少了缺陷的影响，而镜子则放大了缺陷的影响。）

即使祖奇的望远镜能工作，它也只有一面镜子，所以它不是全反射望远镜。 所有真反射望远镜都至少有两个镜子：一个拍摄图像的主镜和一个将图像投射到远离望远镜主体的副镜。 第一台双镜反射望远镜的设计出现在1636年法国数学家、物理学家马林的《和谐宇宙》中。 他从未尝试过实现他的设计，可能是因为他意识到制造抛物面镜的巨大困难。

包含任意直线 (L)、焦点 (F) 和顶点 (V) 的抛物面。 入射到抛物面镜上的平行光线聚焦在焦点 F 处，其顶点为 V，对称轴穿过 V 和 F。对于离轴反射器（仅点 P₁ 和点 P₃ 之间的抛物面的一部分），接收器仍然放置在抛物面的焦点处，但它不会在反射器上投射阴影。 维基百科

这时，牛顿出现了。 1668年左右，牛顿按照自己的设计，用铜锡砷合金制成了反射镜，并成功制成了一台能正常工作的反射望远镜。 他发挥了一点小聪明，造了一面球面镜。 虽然球面镜不能产生完全精确的图像，但它们比抛物面镜更容易研磨和抛光。 然而，我们不应该低估牛顿作为工匠的能力。 他的望远镜足够大，可以观察木星的四颗大卫星。 它的功率与当时的许多折射望远镜一样强大，但要小得多。

在牛顿公开展示他的望远镜的几年前，苏格兰数学家和物理学家詹姆斯格雷戈里在他的《通用光学》中发表了与牛顿的反射望远镜略有不同的设计。 他的设计使用了抛物面主镜和椭球面次镜。 与梅森不同的是，格雷戈里试图真正制造自己的望远镜。 与祖奇不同的是，他的望远镜有一个全双镜反射镜。 尽管格雷戈里聘请了伦敦最好的镜片制造商理查德里夫来研磨镜片，但他的镜子达不到成像所需的质量。

据报道，牛顿的老对手罗伯特胡克（Hooke）于1674年根据格雷戈里的设计成功制造了一台功能齐全的反射望远镜。 但很快就遭到破坏，无法保存。 在此之前的两年里，胡克也是声援格雷戈里指控牛顿的主要力量。 同样在 1672 年，医生让-巴蒂斯特丹尼斯 (Jean- Denys网) 在一份法国期刊上发表了一封信，声称他的助手洛朗卡塞格林 ( ) 是第一台人类反射望远镜的设计者。 人们对卡塞格伦知之甚少，也不知道有人在 17 世纪试图按照他的设计建造望远镜。 他使用了抛物面主镜和双曲副镜，这两个镜的抛光特别网复杂。

格雷戈里和卡塞格伦的设计并没有立即实用，牛顿的设计也不是。 尽管反射望远镜比折射望远镜有很多优点，但牛顿球面镜无法有效放大，最终只能成为一个有趣的科学玩具。

早期的折射望远镜有两个主要难以解决的光学问题，即球差和色差。 首先，简单透镜的曲率是球冠——这是 17 世纪技术可以做到的唯一配置，它无法将光线聚焦在一个点上，因此自然会产生扭曲的图像。 这种球面像差可以通过使用极长焦距的镜头来减轻，但这种解决方案导致望远镜变得更长、更笨重。 第二个问题是色差，促使牛顿研究反射望远镜。 不同颜色的光在通过透镜时会以略有不同的角度弯曲。 在彩虹中，这种效果非常美丽。 但在折射望远镜中，红光图像与蓝光图像分开一小段距离，从而产生使图像模糊的彩色条纹。

牛顿望远镜光路示意图。 来源 |

不带透镜的反射望远镜比简单的折射望远镜产生更清晰的图像。 然而，直到1721年，也就是牛顿建造第一台望远镜50多年后，英国发明家约翰哈德利（John ）才成功建造了大型牛顿反射望远镜（不完全是牛顿的球面镜设计）。 英国皇家学会的成员将其与克里斯蒂安惠更斯 ( ) 的 120 英尺折射望远镜进行了比较，并宣称哈德利的望远镜更胜一筹。 哈德利还继续建造了一台可用的格雷戈里反射望远镜。 更重要的是，他向当时的主要仪器制造商传授了一种研磨和抛光金属镜面的复杂方法，使大规模生产高质量的望远镜成为可能。

如今，包括哈勃太空望远镜在内的所有主要天文台都使用反射望远镜。 我们应该把它的发明归功于谁？ 提出这个概念的英雄是谁？ 尝试实际建造的 ？ 成功建造出现代望远镜先驱网的牛顿？ 或者哈德利，是谁让反射望远镜变得可行？ 它们都是不可或缺的，但没有一个足够有效。

这个故事的启示远不仅限于望远镜的例子。 对于几乎所有工业设备，声称发明人是特定人是不准确的。 概念化、原型设计和大规模应用可能有很大不同，而且这个过程往往不是一帆风顺的，而是一个漫长、曲折和充满挑战的过程。