天文望远镜的光学系统

1848年建成的辛辛那提天文台折射望远镜影像。

折射望远镜

折射望远镜是一种使用透镜做物镜，利用屈光成像的望远镜。折射望远镜最初的设计是用于侦查和天文观测，但也用于其他设备上，例如双筒望远镜、长焦距的远距照像摄影机镜头。较常用的折射式望远镜的光学系统有两种形式：即伽利略式望远镜和开普勒式望远镜，其优点是成像比较鲜明、锐利；缺点是有色差。

发展历史

折射镜是光学望远镜最早的形式，第一架实用的折射望远镜大约在1608年出现在荷兰，由三个不同的人，密德堡的眼镜制造者汉斯·李普希和杨森、阿克马的雅各·梅提斯，各自独立发明的。伽利略在1609年5月左右在威尼斯偶然听说了这个发明，就依据自己对折射作用的理解，改进并做出了自己的望远镜。然后伽利略将他的发明细节公诸于世，并且在全体的议会中将仪器向当时的威尼斯大公多纳托展示。伽利略也许声称独立地发明了折射望远镜，而没有听到别人也做了相同的仪器。

折射望远镜的设计

架折射望远镜有两个基本的元件，做为物镜的凸透镜和目镜，折射望远镜中的物镜，将光线折射或偏折到镜子的后端。折射可以将平行的光线汇聚在焦点上，不是平行的光线则汇聚到焦平面上。这样可以使远方的物体看得更亮、更清晰和更大。折射望远镜有许多不同的像差和变形需要进行不同类型的修正。

伽利略式望远镜

与伽利略设计出来的原始形式相同的望远镜都称为伽利略望远镜。他使用凸透镜做物镜，和使用凹透镜的目镜。伽利略望远镜的影像是正立的，但视野受到限制，有球面像差和色差，适眼距(eye relief)也不佳。

开普勒式望远镜

开普勒式望远镜是开普勒改善了伽利略的设计，在1611年发明的。他改使用一个凸透镜作为目镜而不是伽利略原来用的一个凹透镜。这样安排的好处是从目镜射出的光线是汇聚的，可以有较大的视野和更大的适眼距，但是看见的影像是倒转的。这种设计可以达到更高的倍率，但需要很高的焦比才能克服单纯由物镜造成的畸变。(约翰·赫维留建造焦长45米的折射镜。)这种设计也使用在显微镜在焦平面上(用于测量被观测的两个物体之间角距离的大小)。

消色差折射镜

消色差的折射镜是在1733年由一位英国律师切斯特·穆尔·霍尔发明的，虽然专利权给了另一位独立发明的约翰Dollond。这项设计使用两片玻璃(有不同色散度的"冕牌玻璃"和"火石玻璃")做物镜，降低了色差和球面像差。两两片玻璃的每一个面都要抛光，然后组合在一起。消色差透镜可以让两种不同波长(通常是红色和蓝色)的光，都能聚焦在相同的焦平面上。

高度消色差折射镜

高度消色差折射镜使用特别的材料，特别低色散度的材料，来制造物镜。他的设计能让三种不同的颜色(通常是红色、绿色和蓝色)汇聚在相同的焦平面上，颜色的残差错误(二级光谱)比消色差透镜少了一个数量级。这种望远镜的主镜是萤石或超低色散(ED)玻璃的透镜，产生非常清晰没有色差的影像。这种望远镜在业余天文望远镜的市场中是非常高价值的产品。高度消色差折光镜的口径已经可以做到553毫米的直径，但多数仍在80～152毫米之间。

技术的考量

折射望远镜曾经因为高度残余的色差和球面像差而饱受责难，短焦的情况比长焦的更为严重。一架4英吋F/6的消色差折光镜，仍可能出现不能忽视的彩色的散述现象(通常会有紫色的光晕在明亮的天体附近)，而4英吋F/16的就只会有少许的色散。

在非常大口径的折光镜，还有镜片沉陷的问题，这是重力使玻璃变形的结果。玻璃的瑕疵是更进一步的问题，被困在玻璃内的空气气泡或条纹。另外，玻璃对某些波长是不透明的，即使是可见光也会在进出接口与穿透时因吸收和折射而黯淡。这些问题大多数都可以因为改用反射镜而消除或降低，而且还可以制造更大的口径.

值得推崇的折射望远镜

叶凯士天文台(100cm)

叶凯士天文台（Yerkes Observatory）座落于美国威斯康辛州威廉斯湾，附属在芝加哥大学，于1897年由乔治·埃勒里·海耳创立，并获当时大企业家查尔斯·耶基斯（Charles T. Yerkes）资助。

该天文台圆顶内有一枝40英吋口径的折射望远镜，由光学大师克拉克（Alvan Clark）建造，与天文台一起落成启用，直到现时为止仍是世界上口径最大的折射望远镜，该天文台还有两枝40英吋和24英吋口径的反射望远镜。

叶凯士天文台的研究课题包括星际物质、球状星团的形成、红外线天文学和近地天体。该处同时存在一个大小相当的工程中心，专门研制和修理科学仪器。

许多声名显赫的天文学家，如爱德华·爱默生·巴纳德、爱德温·哈伯和苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡等，几乎都是终身在此尽其职业。不过由于天文台位置近海、经常多云而的不好观测条件，再加上附近越趋严重的光害，天文台已失去其原有作用。面对研究产率低，以及每年30万美元的维护经费，芝加哥大学虽多年提供经费，但因美国每年的科研补助款逐年减少，芝加哥大学须自筹经费，否则需被迫放弃天文台。

瑞典太阳望远镜(100cm)

瑞典太阳望远镜 ( SST)是口径1 米的望远镜，座落在加那利群岛的拉帕玛岛Roque de los Muchachos 天文台，由瑞典皇家科学院的太阳物理学会来管理。它的主要元件是一片透镜，并且是全球第二大的折射镜。

SST是一架真空望远镜，意思是它的镜筒是真空的以避免来自内部空气的扰动破坏了影像。这是太阳望远镜所特有的问题，因为收集的光线所汇聚的热会对经过的气体造成影响而破坏了影像。从2005年起，它启用了调适光学系统，使它的影像是所有的太阳望远镜中最好的。

SST接替了SVST－瑞典真空太阳望远镜－的工作，那是一架口径47.5厘米的望远镜，在2000年8月28日除役。

利克天文台(91cm)

利克天文台是世界上首个建于山顶的永久性台址，使用美国富豪詹姆斯·利克的遗产，建造于1876年至1887年间。1887年，利克的遗体安葬在口径36英寸（91厘米）的折射式望远镜的基座下面，这台望远镜被命名为詹姆斯·利克望远镜。1888年1月3日，利克望远镜开光，是当时世界上最大