首先是玻璃透鏡的產生,它可以溯源於兩千年前,在克裡特島出土的粗糙的透鏡足以證明。最先系統研究玻璃透鏡的是英國人,這時大約已到了12~13世紀。他們研製出的透鏡,可以用來放大物體,放大書寫字母。
到了14世紀初,義大利開始使用眼鏡,最初是雙凸透鏡眼鏡,首先解決了老年人花眼的視力問題。後來又產生了雙凹透鏡,解決了年輕人近視的苦惱。16世紀末、17世紀初,歐洲一些國家的眼鏡製造業已迅速發展起來。尤其是在荷蘭,那裡已經能夠磨製出各種類型的優質眼鏡,因此荷蘭人也曾宣稱是望遠鏡發明的國家。下面就是一則望遠鏡誕生的故事。
傳說在荷蘭,有一位手藝高明的眼鏡工匠,他開了一個出售玻璃鏡的鋪子。在他的鋪子裡有著種類齊全的鏡子,琳琅滿目,使人眼花繚亂。採購鏡片的人,都要親自動手擺弄一下,從而選擇自己想要的鏡片,通過透鏡,看看眼鏡對物體的放大作用。在當時,這簡直是一種誘惑,一些甚至不需要購買鏡片的人,由於鏡片的魔力,也被吸引過來了。
店裡的生意很好,前來購買的人們也紛紛談論著一片片的玻璃透鏡。自然就勾起這家老闆小孩子的好奇心。有一天,店主外出不在家,貪玩的小孩子拿著幾片透鏡正在玩耍。他把兩片鏡片一前一後在自己眼前擺開,只見眼前呈現一幅使人毛骨悚然的可怕圖像:一個毛茸茸大眼睛的妖怪,張牙舞爪地向他爬來。孩子被嚇得怪叫起來,隨手扔掉了鏡片。說也奇怪,一瞬間,妖怪又不見了。孩子靜下心來之後,順著剛才鏡片的方向,在窗上發現了一隻正在爬動的大蒼蠅……原來是這麼一回事。他又撿起了鏡片,重複剛才的動作,怪物沒有再現,而是遠處的鐘樓忽然變得近在咫尺。放下鏡片後孩子把當天的經歷告訴了自己的父親,這位聰明的眼鏡工匠立即領悟了其中的奧秘。他做了一根長管子,管子的兩端各裝上一片鏡子。用這個裝置瞭望遠方,遠處的景物變得近了,而且也清晰多了,據說望遠鏡就是這樣問世的。當然,望遠鏡發明的故事還有其他說法,但內容基本相似。
望遠鏡誕生之初,最先用於戰爭和人們的日常生活。1609年,義大利天文學家伽利略聽說荷蘭人發明瞭望遠鏡,經過認真思考,他琢磨,既然望遠鏡能夠放大物體,能夠看清楚遠處的物體,把它對準天空將會看到什麼呢?他僅用了一天時間就創製出了第一架天文望遠鏡。
伽利略在一根鉛管兩端,裝上一片平凸透鏡和一片平凹透鏡。平凸透鏡靠近眼的一端,稱為目鏡。平凸透鏡靠近觀測一端,稱為物鏡。他用自製的望遠鏡觀測物體時,遠處的物體被放大了許多倍。伽利略將這架簡單的望遠鏡送給威尼斯行政長官觀看,威尼斯首領們跑到一座塔頂上,輪流用望遠鏡觀望遠方,他們欣喜地看到了那些用肉眼無論如何也看不見的遠方的船隻。於是,他們給伽利略以加倍的薪俸以資獎勵。後來,伽利略又經過一番努力,先後研製成了放大率為8倍和33倍的兩架望遠鏡。1609年初,伽利略將自己研製成功的望遠鏡對準星空,獲得了一系列重大的天文發現。
伽利略不是第一個發明望遠鏡的人,也不是第一個使用望遠鏡的人。但由於他是一名傑出的科學家,以他科學家的敏感,成為第一個將望遠鏡對準星空的人。從此,天文望遠鏡誕生了,天文學獲得了探索宇宙的新武器,人類的「眼睛」得以深入宇宙領域。
1609年,伽利略使用的第一架天文望遠鏡是折射望遠鏡。克卜勒曾仔細研究了伽利略望遠鏡的成像和放大原理。在伽利略望遠鏡裡,當光線通過物鏡之後,還沒有抵達焦點之前,先到達了
目鏡,所以人們從這種望遠鏡裡看到的物象仍然是直立的「正像」。望遠鏡的作用,一是將遠處物體的張角放大,也就是放大物體像,使人眼能夠分辨更多的細節;二是收集更多的光,可看清更暗的物體。天文望遠鏡好壞主要取決於這兩條。伽利略式望遠鏡的特點是看到的物體與人們的生活習慣一樣,嚴重缺陷是它的視場角很小。
克卜勒深入研究了伽利略望遠鏡之後,創製出自己的望遠鏡。他把伽利略望遠鏡中的凹透鏡(目鏡)改用了一個小凸透鏡並與長焦距的物鏡配合在一起。當光線通過物鏡後聚焦於一點,互相交叉後,又重新發散開來,全部光線的排列都顛倒了,所以成的像則是「倒像」。其實,這對天文學家來說,沒有什麼不便利的。因為天體無所謂上下,對於天文觀測來說,「正像」與「倒像」都具有同樣的價值。克卜勒望遠鏡的鏡身較長,也就是物鏡的焦距較長,放大倍率高於伽利略的望遠鏡。