牛顿望远镜是一种反射型望远镜，它的物镜是反射镜，和伽利略望远镜、双筒望远镜是不同的。牛顿望远镜是用反射型物镜，所以在这一环节上它没有色差。

牛顿望远镜，使用平面镜作为副镜的反射望远镜，在镜筒中心将星光反射到镜筒外聚焦。该望远镜的光学设计结合了施密特摄星仪和牛顿式反射望远镜的元素。这个系统将牛顿式反射望远镜的抛物面镜换成球面镜，因而产生了球面像差。但就像施密特-卡塞格林望远镜一样，使用施密特修正板予以修正。次镜则承袭牛顿式反射望远镜采用椭圆形的平面斜镜。

牛顿望远镜物理示意图

牛顿望远镜的发明还有一个有趣的故事。

公元1668年的一天，英国剑桥大学校园东北角，科学家牛顿在研究所开始新一轮的光学试验。这个试验要求在黑暗的环境里进行，因此须用厚帘布把窗户严严实实地遮住。一束阳光从圆圆的小孔中射进来，照在对面硕大的白色银幕上。这束光的中间横放着一个三棱镜，可以把白色的阳光分解成瑰丽的七色光带照映在银幕上。这次，他准确的测量了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫这七种光带的位置，以及比原来的光点偏移的距离。

牛顿有些恍然大悟：“既然阳光含有这七种颜色，那么把这七种颜色重新聚在一起，就可以还原成白光了呀！”于是，牛顿又准备了质材相同、大小一样的第二个三棱镜，按想象进行试验，果然还原成白光了。

牛顿由此得出结论：阳光看上去呈白色，实际上是由红到紫的七种不同颜色的光聚集而成的。每一个颜色的光通过三棱镜进行折射；但折射的角度各不相同。这些红、黄、蓝等颜色的光同时映进人的眼里，自然就显现为白光。

牛顿望远镜在天文学上的运用

牛顿如此费劲研究光的颜色，是要摸透光的反射原理；摸透光的反射原理，其主要目的就是制造新型的望远镜。

制造新型望远镜，是牛顿重返剑桥大学的第一个重要课题。1667年初，由于瘟疫的平息，牛顿结束了家乡十八个月的潜心研究，终于回到心仪已久的大学校园。关键十八个月的努力，让他很快得到校方的认可；经校委会推荐，牛顿被评为三一学院的低级研究员。研究员有固定的工资，也可以申请合理的实验费用。牛顿从此不再为经济问题发愁。

当时的科学家们热衷于发明先进的望远镜，以解决星空观测问题。50多年前，科学家伽利略开始用折射望远镜观察星空；但这种望远镜很落后，不但出现严重的色散现象，而且影像也比较模糊。牛顿作为剑桥大学光学研究所的骨干之一，发明新型望远镜是当仁不让的事情。这就是他为什么日复一日在封闭的研究所做光学试验的主要原因。

实验中有一个物件很关键，那便是各种材料组成的凹面镜。牛顿在研究所不远处的寓所里，亲自磨光镜子的凹面。虽然很累，但很快乐，毕竟是他最感兴趣的事儿。牛顿所用的材料是铜、锡和砷混合制成的合金。这种合金市面上没有，是他自己研制的。

半年后的一天，牛顿终于做成一个新型望远镜，他称之为反射望远镜。此镜虽然只有长度15cm， 2.5cm直径，却能把原物象放大40倍，并且非常清晰。正如牛顿自己所说，这架反射望远镜放大倍数能与一架6英尺的折射望远镜相媲美。

牛顿研究的步伐没有停止。1671年，他又动手做了一架比原来那架望远镜大得多的反射望远镜。国王查理二世得知后，便主动要求看看这架号称当时最先进的望远镜。国王给牛顿回复鼓励说：“做得好极了，希望今后更要更努力从事研究，任何情况下都不要放弃呀！”这架望远镜至今还躺在英国皇家学会的图书馆里，供世人瞻仰。

牛顿因为发明反射望远镜，得到大家的认可，并在欧洲享有盛名。1672年，29岁的牛顿被推荐加入英国皇家学会，成为当时获得科学界最高荣誉的最年轻的人。他给皇家学会干事奥尔登伯格的信件中写道：“我发明的这架望远镜得到学会的承认，这是我料想不到的事情。事实上，连我本人也没有认识到它会有这么大的价值。”这种谦虚的胸襟让世人赞叹不已。

牛顿望远镜经改进后，在天文学上发挥了重要的用途。1999年12月10日，一枚阿里安5型火箭携带着10米长的XMM-牛顿卫星从法属圭亚那的库鲁（Kourou）航天发射场升空。卫星花费了8天进入环绕地球的工作轨道，这是一条大偏心率的椭圆轨道，可以到达地月距离的1/3之远。卫星上最关键的器材便是XMM-牛顿三架镀金反射镜。此镜模块开始将X射线聚焦到5架仪器上。光学监控照相机可以让天文学家定位目标。最初的稳定新数据溪流幻化成了洪水，现在已经有超过2200篇研究论文是根据XMM-牛顿的观测撰写的。

XMM-牛顿望远镜仍旧位处天文学的前沿，为全球范围内约2000位天文学家提供数据，这些天文学家现在每年可以撰写出大约300篇经过评议的论文。每一秒的观测时间都要经过高度竞争获取，每当任务小组提交新的观测提议，天文学家通常申请的时间是可提供的7倍。

至于未来，还有大量需要研究的东西。早年的伦琴望远镜为125000个X射线源编目，而XMM-牛顿只研究了其中的4300个。卫星甚至在升空10年后都保持了极佳的状态。沙特尔说：“从技术上说，没有什么阻止我们继续观测10年的东西。”

直到现在，安装在英国威尔逊山的100英寸反射望远镜和派洛玛山上的200英寸反射望远镜都是牛顿式的反射望远镜，而且堪称目前最先进的望远镜。这便是牛顿为人类带来的最大贡献之一。

天文学家用牛顿望远镜观测星空

最原始的牛顿望远镜

现代化的牛顿望远镜

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