[1791] Telescopes: Refractor vs Reflector

Title Text:On the other hand, the refractor’s limited light-gathering means it’s unable to make out shadow people or the dark god Chernabog.<

Origin:https://xkcd.com/1791/

https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/1791:_Telescopes:_Refractor_vs_Reflector

折射望遠鏡 vs 反射望遠鏡

反過來說,折射式望遠鏡的聚光能力較弱,所以不容易分辨出影子人或是邪神 Chernabog

https://xkcd.tw/1791

这部漫画比较了两种主要类型的光学望远镜:折射望远镜和反射望远镜。折射望远镜产生带有一系列镜头的图像。反射望远镜使用镜子。 (第三种类型,折反射系统望远镜,使用镜子和镜头。这里没有显示。)

首先看起来漫画只是试图表明折射有许多缺陷,例如费用,尺寸和可见度(详见下文)。然而,这些妙语使用反射望远镜列出的(显然是主要的)缺陷使这些抱怨无效:它看不到太空吸血鬼。

没有说明的原因是,根据一些文化,吸血鬼不能在镜子中看到。由于太空吸血鬼(如地球吸血鬼)被广泛认为是弥补,因此不太可能引起大多数观星者的兴趣,[引证需要]这种抱怨是多余的,反射望远镜与折射望远镜相比没有任何缺陷。还有其他问题,反射望远镜见下面的细节。 (此漫画的原始版本也有一个大问题)。

然而,通常,折射望远镜底部的直角过渡是用棱镜(“图像竖立器”)完成的。这使用全内反射的光学原理。如果吸血鬼的镜像不出现是由于邪恶与银的相互作用,使用棱镜的折射镜仍然可以看到吸血鬼。然而,根据这一理论,反射器也可以,因为现代天文镜上涂有铝而不是银。

标题文字扩展到了超自然生物的视野,另一个负面点被添加到折射望远镜;它显然无法看到暗影人或斯拉夫神切尔纳博格(有时拼写为切尔诺博格),这两者都很重要,但显然不如望远镜看到吸血鬼那样重要,因为事实只在标题文中提到过。当然,折射望远镜仍然是最好的。当然,阴影人和神都不存在[引证需要],所以这同样是一个没有实际意义的点。

实际上,“影子人”是一种心理现象,人类将人体形状和运动归于黑暗空间中的阴影。 Chernobog是一个12世纪的斯拉夫神,其名字翻译为黑神。他在现代媒体中最着名的一次出现在1940年的迪士尼电影“幻想曲”中(迪斯尼商品几乎也是唯一一个他的名字拼写为Randall拼写的地方,中间有一个“a”)。因为阴影是黑暗的而且上帝也是黑暗的,所以折射望远镜不能看到它们,因为减少了聚光,这已经被提到作为主要漫画中的缺点。

望远镜一直是xkcd上许多漫画的主题。最近一次关于太空望远镜的发布于1730年发布:星云,在此之前,1522年出现了一个大型的“私人”望远镜:天文学。

折射望远镜的真正问题[编辑]

望远镜的基本性能取决于它的尺寸:更宽的望远镜可以捕获更多的光线,更容易看到微弱的物体,而更长的望远镜更适合高放大倍率的观察。为了观察星星,宽度实际上更重要。无论你放大多少,一颗恒星都离得太大而无法做大,但是如果有一个大光圈,你可以看到肉眼看上去太微弱的星星。行星受益于放大倍数,遥远的星系需要两者。

在这两个方面,制作大反射望远镜比制作大型折射望远镜要容易得多。由于镜头只能通过其边缘固定就位,因此大镜头的中心会因重力而下垂,从而扭曲其产生的图像。这意味着大多数折射望远镜都只能使用几英寸宽的窄孔。反射望远镜有时被称为“轻型水桶”,因为它们可以具有非常大的开口,即使是非常微弱的恒星也可以捕捉光线。另外,因为它的一端有一面镜子,反射望远镜实际上是它出现的两倍 – 折射器就是无法竞争。

然而,折射望远镜只能通过反射望远镜逐渐超越。在伟大的折射镜时代,世界上最大的望远镜是折射镜。当时的反射镜在镜面金属上露出镜子,在施工后几个月开始褪色,对望远镜的性能产生负面影响。当可以用银镜面镜子时,这个问题得到解决,但屈光镜片的问题仍然存在。因此,有史以来最大的光学望远镜是反射器,而不是折射器。此外,液体镜望远镜使用非常便宜但可能非常大的镜子 – 缺点是望远镜只能直视上方。

兰德尔的观点:

更贵研磨高质量镜片比制作等效镜片更贵 – 冠玻璃是高质量望远镜镜片所需要的,价格昂贵。

不太紧凑

理论上,折射器可以做得很紧凑,但图像质量会很差,因为镜头必须非常胖。望远镜越长,聚焦需要的程度越小。

色差:

在光学中,色差是由于色散导致的效果,其中镜头无法将所有颜色聚焦到相同的会聚点,在佩戴眼镜的人熟悉的图像周围产生彩虹效果,并且具有棱镜。发生这种情况是因为透镜对于不同波长的光具有不同的折射率。因此,每种颜色的镜头稍微不同地聚焦。镜子没有色差,因为光线从镜子的前面反射。消色差镜头可以扭转这种影响,但它很昂贵且尺寸有限。尽管如此,在20世纪早期望远镜完成之前,最好的望远镜是消色差折射镜。

请注意,这个效果在1014年的Black Hat摄影中也被提及:汽车问题,在完全不同的背景下,但是这表明这是Randall之前考虑过的问题。

减少聚光

除了通常需要小于反射望远镜之外,另一个问题来自玻璃缺陷,条纹或夹在玻璃内的小气泡。此外,玻璃对某些波长是不透明的,甚至可见光在穿过气玻璃界面并穿过玻璃本身时也会被反射和吸收变暗。所有这些都减少了聚集的光线。

Randall未提及的其他问题:

悬挂镜头

另一个重要的区别(以及大型折射望远镜不存在的一个重要原因)是折射望远镜的镜头必须由边缘支撑,以便光线可以穿过它。结果,由于其重量和从边缘支撑它的需要,在望远镜中安装大镜头不再可行。相比之下,反射望远镜的镜子从后面被支撑,并且主镜的任何支撑结构都不在光的路径中。结果,可以容易地安装和支撑明显更大的镜子。作为额外的好处,这种镜后支持导致了自适应光学的产生,这是一种技术(折射望远镜不可能),可以纠正一些大气的扭曲。

可以对镜子进行分段,以便从较小的(因此更容易构建/安装/支撑)镜子中制造出更大的反射表面。通过使用分段镜,可以构建比甚至从单个镜子构建的有效孔径大得多的有效孔径,单个镜子本身比可能为折射望远镜构建的最大可能镜头大得多。

反射望远镜的真正问题[编辑]

值得注意的是(除了吸血鬼问题),与折射望远镜相比,反射望远镜也有缺点:

主要缺点是在几乎所有反射望远镜设计中,焦点直接在镜子前面,即在镜子和感兴趣的目标之间。

结果,次镜通常用于将焦点引导到视场之外的某处。然而,这个次镜(以及支撑它的支柱)仍将阻挡视野的一部分 – 虽然望远镜的焦点意味着当观察远处物体时副镜不可见,但它会产生衍射图案,也妨碍了图像质量。实际上,这是星体周围衍射尖峰的来源,这在天文图像中很常见。

反射望远镜也难以维护:

镜子需要非常精确地对齐(这称为准直),这可能是一个费力的过程。他们可能还需要重新抛光。

望远镜的一端是开放的,允许灰尘和污垢进入。

反射望远镜不是很便携。这就是为什么鸟类观察者使用小型折射望远镜作为近距离观察鸟类的简单方法。

尽管存在这种缺点,但由于制造大型折射望远镜的实际限制,反射望远镜几乎全部用于现代天文学。很少有业余天文学家使用折射望远镜 – 如今,它们主要用于在百货商店寻找圣诞礼物的人(仅仅因为望远镜承诺100倍变焦并不意味着图像质量有任何好处!)

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