小小望遠鏡,是一個國家光學工業的縮影

2021-01-15 市井財經

■文丨市井財經專欄作家 葉克飛

望遠鏡能用來幹什麼?據說最大用途都跟「星」有關,一是觀星,二是追星。當然,戶外運動群體也需要。

這個看起來跟日常生活好像關係不大的小玩意兒,曾被列為「世界最偉大發明」之一,因為它多少改變了人類歷史。

如今要買一個望遠鏡,也不能隨隨便便,它因使用者需求而異,有著各種功能和特點,國產的進口的、軍用的民用的……簡直不要太複雜。它的技術含量也不低,能把望遠鏡做好的企業,往往也是世界上最好的光學企業。

望遠鏡的歷史

望遠鏡的標準定義是「一種利用透鏡或反射鏡以及其他光學器件觀測遙遠物體的光學儀器」,其原理是利用通過透鏡的光線折射或光線被凹鏡反射使之進入小孔並會聚成像,再經過一個放大目鏡而被看到,也稱「千裡鏡」。

1608年,荷蘭一位眼鏡師傅漢斯·利伯希造出了世界上第一架望遠鏡。話說有一天,兩個孩子在利伯希的店門前玩幾片透鏡,並通過前後兩塊透鏡看遠處教堂上的風標,把意外發現告訴了利伯希。利伯希學著拿兩塊透鏡一看,發現風標放大了許多。於是他回到店裡,將兩塊透鏡放在筒裡,反覆試驗後發明瞭望遠鏡。同年,他為自己的發明申請了專利,並在當地政府要求下設計了一個雙筒望遠鏡。

1609年,伽利略製造了40倍雙鏡望遠鏡,也是第一部投入科學應用的實用望遠鏡。作為第一個認識到望遠鏡可用於天文研究的人,伽利略對望遠鏡的改進主要是增強其放大功能。也正是他,讓天文學從此進入望遠鏡時代,並改變了整個世界。

同一時期,德國天文學家克卜勒也開始研究望遠鏡,在《屈光學》裡提出了另一種天文望遠鏡,由兩個凸透鏡組成,但他並未投入實際製造中。到了1613年,沙伊納將克卜勒的構想付諸於現實。他製造了八臺望遠鏡,用於觀察太陽,全部都能見到相同形狀的太陽黑子,因此否決了人們認為黑子可能是透鏡上塵埃的錯覺,證明了黑子的真實存在。

此後,人們將以凹透鏡作為目鏡的稱作伽利略望遠鏡,由凸透鏡作為目鏡的則稱作克卜勒望遠鏡。之後幾百年間,望遠鏡一直在發展,主要用於天文。

望遠鏡傳入中國,大概是明末。崇禎年間,機械製造家薄珏就將「千裡鏡」應用到銅炮上,提高了射擊精度。但當時的中國人並不理解望遠鏡的原理,也沒有磨製打造鏡片的工藝,所以直到清末,望遠鏡都是海外舶來品,甚至被視為奇技淫巧,屬於皇帝和權貴的玩物。比如李漁在小說《十二樓》裡,就曾描寫貴公子為窺探意中人的閨房生活,每天用望遠鏡偷看。這種「老外用來發展科學,中國人用來消遣」的科學領域套路,實在不是第一次令人感嘆。

到了清末,望遠鏡雖然仍是舶來品,但已開始走入民間,《老殘遊記》就曾寫到。

專業天文望遠鏡都是龐然大物

1668年,人類歷史上第一架反射式望遠鏡誕生。當時牛頓決定採用球面反射鏡作為主鏡,他用2.5釐米直徑的金屬磨製成一塊凹面反射鏡,使經主鏡反射後的會聚光經反射鏡以90°角反射出鏡筒後到達目鏡。這種系統稱為牛頓式反射望遠鏡,以反射鏡代替折射鏡的做法具有裡程碑意義。

1672年,法國人卡塞格林發明了卡塞格林式望遠鏡,焦距長且鏡身短,得到了廣泛應用。

1793年,德國人赫瑟爾製造的反射式望遠鏡,直徑為130釐米,用銅錫合金製成,重達1噸。赫瑟爾是音樂家和天文學家,從1773年就開始磨製望遠鏡,一生中製造了數百架望遠鏡,堪稱望遠鏡狂人。

1917年,由富商胡克贊助並冠名的胡克望遠鏡,在美國加利福尼亞的威爾遜山天文臺建成。它的主反射鏡口徑為100英寸。正是使用這座望遠鏡,哈勃發現了「星雲」實際上是銀河系外的星系。

折反射望遠鏡的歷史要短得多,不過也經歷了不斷發展。折反射望遠鏡的定義是在球面反射鏡的基礎上,再加入用於校正像差的折射元件,可以避免困難的大型非球面加工,又能獲得良好的像質量。

折反射式望遠鏡最早出現於1814年。1930年,德國人施密特將折射望遠鏡和反射望遠鏡的優點結合起來,製成了第一架折反射望遠鏡。

反射式望遠鏡在二戰後迎來了一個又一個高峰——1950年,帕洛瑪山上安裝了一臺直徑5.08米的反射式望遠鏡,1969年,高加索北部的帕斯土霍夫山上安裝了直徑6米的反射式望遠鏡。

到了1990年,NASA將哈勃太空望遠鏡送入軌道,空間望遠鏡開始實際應用。不過由於鏡面故障,直到1993年太空人完成太空修復並更換了透鏡後,哈勃望遠鏡才開始全面發揮作用。由於可以不受地球大氣的幹擾,哈勃望遠鏡的圖像清晰度是地球上同類望遠鏡拍下圖像的10倍。

也是1993年,美國在夏威夷莫納克亞山上建成了口徑10米的凱克望遠鏡,其鏡面由36塊1.8米的反射鏡拼合而成。科學界認為,凱克望遠鏡開創了基於地面的望遠鏡的新時代,將不可能變成了現實。

2001年,設在智利的歐洲南方天文臺研製完成了「甚大望遠鏡」,由4架口徑8米的望遠鏡組成,其聚光能力與一架16米的反射望遠鏡相當。

2014年6月18日,智利在賽羅亞馬遜山的山頂安放世界上功率最大的望遠鏡「歐洲特大天文望遠鏡」。這座望遠鏡寬近40米,重約2500噸,造價約合人民幣93億元,據說會在2022年投入使用。

當然,世界上還有不少籌建中的天文望遠鏡,一個比一個大,一個比一個清晰,據說未來都能提供像質遠勝於哈勃望遠鏡照片的太空圖片。

買個望遠鏡很容易?那你就錯了

大型天文望遠鏡離大多數人都太遠,所以我們日常生活中所提到的望遠鏡,主要是業餘天文望遠鏡、觀劇望遠鏡和軍用雙筒望遠鏡。

很多人小時候都曾擁有過望遠鏡,是童年記憶裡最有意思的玩具之一,不但能用來看遠處,還能用來角色扮演,玩玩打仗什麼的。那些幾塊錢一個甚至更便宜的玩具望遠鏡,現在也仍然存在,不過依然是走廉價玩具路線。如果要選擇實用的望遠鏡,那就得買靠譜的產品,而且最重要的就是你自身的需求,不同用途應該選擇不同的望遠鏡。

很多人選擇望遠鏡,往往迷信高倍數,電商平臺上也時常有數十倍的廉價望遠鏡招徠消費者。但實際上,倍數過高會導致很難使用。這是因為每個人使用望遠鏡時,都難免會手抖,而且望遠鏡自身重量和大氣穩定性都會帶來影響。所以,如果是手持望遠鏡,7-12倍才是主流。即使是軍用望遠鏡,也基本在7-8倍。佳能等公司推出的防抖望遠鏡,有效解決了手抖和大氣穩定性問題,但也只是以10-18倍為主流。當然,如果採用三腳架,倍數可以調高。

口徑同樣不是越大越好。雖然口徑越大,觀測效果也就越好,但同時價錢也更貴,用起來還賊重。小口徑雖然觀測效果差點,但是容易攜帶。

一般人熟悉的望遠鏡都是雙筒,單筒嘛,很容易讓人聯想起海盜船長。從實際觀測效果來看,同規格的雙筒要強於單筒。但是單筒的好處也顯而易見,它的體積和重量只有同規格雙筒的一半不到,而且更容易實現高倍變倍,所以如果是觀鳥一一族,用單筒也很好。

電商平臺上流行的變倍雙筒,是望遠鏡領域最華而不實的產品。很多人對變倍雙筒的喜愛停留在想像層面,認為望遠鏡裡的畫面能大能小忽遠忽近很有意思,實際上可並非如此。因為變倍雙筒必須是兩組變焦目鏡聯動,機械結構很複雜。而且因為這種產品走花哨低價路線,成本很低,零件材質和精度都差得很,不可能有穩定質量。

相比之下,變倍單筒倒是很值得一提。因為它不需要兩組目鏡聯動,成本明顯降低,穩定性大為上升。

充氮防水倒是一個相當實用的功能,它在內部填充乾燥氮氣,空氣中的水分無法侵入,不會導致鏡片內部發黴,適合戶外運動愛好者。

有不少人迷信軍用望遠鏡,認為肯定優於民用,其實也是一個巨大誤區。因為軍用望遠鏡適用於戰場環境,所以基本要求就是結實耐用,反而不講究光學品質和細節。這就造成了普通的軍用望遠鏡,實際效果還比不上兩三百元的民用產品,品質高的軍用望遠鏡又極為昂貴。

而且,因為光電技術的進步,望遠鏡的軍事用途已經大大降低,產品改進的動力也隨之下降,所以普通使用者還真沒必要選擇軍用望遠鏡。

近年來,數碼望遠鏡成為新寵。因為它體積小,但卻能實現超長焦。數碼功能可以實現拍照和錄像,使得望遠鏡的使用外延大大拓寬,很多觀鳥愛好者都會選擇數碼望遠鏡。

望遠鏡品牌如何選

作為光學器材,望遠鏡的檔次與光學領域其實高度重合。簡單點說,就是做鏡頭的企業,望遠鏡肯定差不到哪裡去。所以,光學大國肯定也是望遠鏡大國,比如領先世界的德國。

德國光學之強舉世聞名,比如蔡司,它家的望遠鏡也很出名。同樣屬於德國的還有徠卡,望遠鏡也是許多人的心頭好。

同樣屬於德語區國家的奧地利,則有施華洛世奇。很多人平時看多了時尚雜誌,以為施華洛世奇就是個飾品工廠,其實真是誤解了人家的全能。在望遠鏡領域,它是當之無愧的大牌。為什麼施華洛世奇的商標是一隻蒼鷹?就是為了「擁有鷹一樣的眼睛」啊,所以從1949年施華洛世奇開始出品望遠鏡,沿用至今的型號「HABICHT」,在德文裡就是「蒼鷹」之意。施華洛世奇產品序列中的EL系列,被稱作雙筒望遠鏡之王。

另一個光學大國則是日本,我們熟悉的尼康、佳能和奧林巴斯,不但是相機領域的大牌,也是望遠鏡大牌。

一般來說,業界公認的望遠鏡三大頂級品牌就是蔡司、徠卡和施華洛世奇。但國內真正選擇的人並不多,因為一般使用者確實不需要如此「奢華」加昂貴的望遠鏡,畢竟五位數起步的價格,普通玩家未必能承受。

所以,市場上真正一線而且有保障的德國品牌,要算是比蔡司和徠卡知名度差一線的美樂時,其實這也是德國頂級光學品牌。此外還有德國的視得樂,始於1947年,是非常專業的望遠鏡品牌。它的軍用技術基本運用於民用望遠鏡,比如在鏡片周圍放入彈性矽膠,有助於穩定性和減震,而且它還是世界上唯一能提供自動聚焦望遠鏡的品牌。尼康和佳能的地位與美樂時、視得樂旗鼓相當,始於1952年的興和也相當不錯。日系的可攜式望遠鏡,實用型產品的價格區間基本在六七百元,屬於性價比較高的類型。

美國的博士能也是絕對的一線光學品牌,而且從銷量來說,可算是世界第一大望遠鏡品牌。它旗下有十幾個系列的望遠鏡產品,其中ELITE精英系列堪稱頂級。因為產品系列多,所以博士能的價格區間跨度也很大,頂級產品達到五位數,僅僅比徠卡、蔡司和施華洛世奇低一些,入門級產品也可以千元甚至數百元起步,性價比相當高。

美國的星特朗歷史不長,始創於2007年,但在天文望遠鏡領域口碑極佳,是觀星者的心頭好,七八百元的天文望遠鏡,性價比也相當高。

近年來,國產望遠鏡的發展極快,也成為許多人的選擇。

國產品牌裡的老字號當然是熊貓。這是一個軍工品牌,隸屬雲南298兵工廠。298原名是雲南光學儀器廠,成立於1936年,是中國第一個專業級光學望遠鏡生產工廠。在抗戰的艱難條件下,這家工廠堅持前行,到抗戰勝利時,生產出6x30中正式指揮望遠鏡11250具,2000px測距炮鏡392具,勃朗特式迫擊炮瞄準鏡2608具,此外還有捷克式輕機槍15108具,指北針31310具,成為抗戰的堅強後盾。1949年後,熊貓望遠鏡的研髮腳步沒有停頓,如今仍是國內望遠鏡的翹楚。

博冠也是國內最好的望遠鏡品牌之一,它成立於2000年,以雙筒望遠鏡起家。目前天文望遠鏡、雙筒望遠鏡和顯微鏡等系列光電儀器產品都有相當不錯的口碑,出口量也不小,尤其是鴻鵠系列很受青睞。

國產軍工品牌裡,西光也是非常主流的品牌,技術和細節都不錯,價格在數百元到三千元之間,性價比也挺高。

此外,近年來崛起的還有以數位相機聞名的一七一三、以戶外產品聞名的博視樂等。

望遠鏡雖小,卻是光學產業的縮影

望遠鏡雖小,卻是光學產業的縮影。光學儀器除瞭望遠鏡之外,常見的還有放大鏡、光學顯微鏡、測距儀和夜視儀等。在工農業生產、資源勘探、空間探索、科學實驗和國防等領域,光學儀器都是必不可少的工具。

在這個產業內,上遊的光學玻璃、光學塑料和光學鍍膜材料等非常關鍵,中遊的光學元件門檻也極高,光學儀器作為終端,則是技術的體現。

早在第一次世界大戰後,因為軍工的推動,光學工業就得到了迅速發展。到了上世紀30年代,世界強國普遍建立起了完善的光學工業體系,而且從軍用轉到民用市場,人們開始在戶外運動、航海和生物觀測等領域使用各種光學儀器。

而在中國,前文提到的民國時期的雲南光學儀器廠,奠定了中國光學工業的雛形。此後幾十年間,中國逐漸形成昆明、重慶、西安和成都等幾個光學基地。

具體到望遠鏡,從上世紀90年代開始,因為歐美國家在戶外運動方面的需求,中國的望遠鏡開始大量出口,許多軍工企業也轉型民用。

因為望遠鏡是典型的高端生活消費品,所以目前國內產能絕大多數仍然是供給歐美市場,走為國際品牌代工的渠道。但也正因為代工的緣故,利潤仍然被國外品牌拿了大頭。

目前,全世界望遠鏡的製造重心已經從歐美轉移到了日本、中國和菲律賓等國家,其中中低端產品基本都被中國大陸市場佔據。從技術上來說,有著豐富代工經驗的中國已經達到了較高水平,未來可以期待的是本土品牌的真正崛起。

本文為作者獨立觀點,不代表市井財經立場,且不構成投資建議。

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