1672年1月11日,英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員觀看了艾薩克·牛頓(Isaac Newton)的反射望遠(yuǎn)鏡的演示,這個(gè)望遠(yuǎn)鏡使用的是鏡面成像,而不是自伽利略時(shí)代以來(lái)就一直使用的透鏡成像。后來(lái),英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員認(rèn)為牛頓是這一神奇的新儀器的發(fā)明者,直到現(xiàn)在牛頓的名字還和這種望遠(yuǎn)鏡聯(lián)系在一起。
然而,這種線性的歷史敘述掩蓋了一段更有趣、更復(fù)雜的故事。牛頓的說(shuō)法立即遭到了另外兩位競(jìng)爭(zhēng)者詹姆斯·格雷戈里(James Gregory)和洛朗·卡塞格林(Laurent Cassegrain)的質(zhì)疑。更令人困惑的是,最早使用曲面鏡聚焦光線的概念比牛頓早了1500多年,而人們最終制造出實(shí)用的反射望遠(yuǎn)鏡的時(shí)間,又比牛頓晚了半個(gè)多世紀(jì)。
反射望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)原理可以追溯到亞歷山大港的希羅(Hero of Alexandria)的反射光學(xué),希羅是公元一世紀(jì)的一位數(shù)學(xué)家、工程師和發(fā)明家。他演示了一個(gè)彎曲的拋物面鏡能夠聚焦平行入射光線,從而產(chǎn)生圖像。沒(méi)有證據(jù)表明希羅真的建造了反射鏡。不過(guò)今天,我們經(jīng)??吹较A_的概念出現(xiàn)在建筑物的屋頂上,也就是衛(wèi)星電視天線,它將無(wú)線電傳輸集中到一個(gè)緊密的信號(hào)焦點(diǎn)上。
在中世紀(jì)伊斯蘭光學(xué)儀器制造者的作品中,再次出現(xiàn)了與曲面鏡聚焦特性有關(guān)的知識(shí),最有名的是10世紀(jì)波斯學(xué)者伊本·薩赫勒(Ibn Sahl)的《論取火鏡和鏡片》(On Burning Mirrors and Lenses)中。不幸的是,伊本·薩赫勒的作品似乎沒(méi)有造成什么影響,直到20世紀(jì)才被重新發(fā)現(xiàn)。希羅是意大利文藝復(fù)興時(shí)期的藝術(shù)家工程師們最喜歡的作家,因此反射望遠(yuǎn)鏡的原理再次出現(xiàn)在列奧納多·達(dá)芬奇(Leonardo da Vinci)未出版的手稿中絲毫不奇怪。但達(dá)芬奇的興趣仍然限于假想,他并沒(méi)有實(shí)際嘗試建造這樣一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。
建造望遠(yuǎn)鏡的“榮譽(yù)”屬于意大利天文學(xué)家尼科洛·祖奇(Niccolò Zucchi),他在《光學(xué)哲學(xué)》(Optica philosophia,1652)中表示,他在1616年建造了一臺(tái)帶有曲面銅鏡的望遠(yuǎn)鏡。由這面鏡子在焦點(diǎn)處形成的圖像需要放大才能看得見(jiàn)。祖奇利用了為傳統(tǒng)的(基于透鏡的)折射望遠(yuǎn)鏡所制作的目鏡,通過(guò)讓光線穿過(guò)這種目鏡來(lái)達(dá)到放大效果,但是他發(fā)現(xiàn)最終的圖像被扭曲得無(wú)法識(shí)別。他意識(shí)到了反射望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)主要問(wèn)題:磨削和拋光曲面的金屬制望遠(yuǎn)鏡反射鏡是一項(xiàng)棘手的工作,因?yàn)榉瓷溏R表面的任何誤差都會(huì)導(dǎo)致畸變,這種畸變程度是透鏡中類似誤差所產(chǎn)生的6倍。(在透鏡中,光線的彎曲會(huì)減弱缺陷的影響,而鏡子則會(huì)放大缺陷的影響。)
即使這個(gè)望遠(yuǎn)鏡能正常工作,祖奇的望遠(yuǎn)鏡里所包含的也只是一面鏡子而已,所以它并不是一個(gè)完整的反射望遠(yuǎn)鏡。所有真正的反射望遠(yuǎn)鏡都至少有兩面反射鏡:一個(gè)是形成圖像的主鏡,另一個(gè)是將圖像投影到望遠(yuǎn)鏡外的副鏡。法國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家馬林·梅森(Marin Mersenne)在《宇宙和諧》(Harmonie universelle,1636)中,首次提出了雙鏡反射望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)方案。不過(guò)他從未試圖將他的設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),可能是他意識(shí)到了制造拋物面鏡會(huì)遇到許多艱巨的問(wèn)題。