《談天說文》魔鏡

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「魔鏡！魔鏡！請你告訴我，誰是世界上最美麗的女人？」邪惡的王后對著一面號稱說實話的魔鏡，詢問著互古以來，隱藏在女人心中的渴望，想要知道自己才是世界上最美麗的女人。女人總認為像由鏡生，一面好的鏡子可以展現出真實的容貌，哈哈鏡或可讓人變胖，或可變瘦，但總比不上能照出閉月羞花的魔鏡。

無論是魔鏡也好，還是哈哈鏡也罷，鏡子總是鏡子，光線照射到鏡子，會依照著物理定律，真實地反射回來。如果是一面平整光滑的鏡子，被照的物體會正確地成像，但如果像一面哈哈鏡，看到的影像便會扭曲、變形。而一面凹面鏡還可以將遙遠的星光聚集在一點上，就像伽利略的折射式望遠鏡一樣，只不過伽利略用的是透鏡，光經過透鏡，折射到焦點，凹面鏡則是將光反射到焦點上（如圖一／曾耀寰提供）。

說到反射式望遠鏡，第一個印象是牛頓在1668年製作的望遠鏡（如圖二／曾耀寰提供），胖胖短短的鏡筒，和折射式望遠鏡的瘦瘦長長不太相同。牛頓的望遠鏡是以一面凹面鏡為主，當星光進入鏡筒，在底部的凹面鏡上反射，牛頓在反射的焦點前放置一枚傾斜的平面鏡，將影像導到鏡筒的側邊，以便肉眼觀測。其實反射式望遠鏡並不是由牛頓所發明的，大約在1616年，義大利的天文學家祖奇（Niccolo Zucchi）設計出第一座反射式望遠鏡，但他的反射式望遠鏡的實用性不大，主要原因在於不易觀測，當光線進入鏡筒的路徑和反射後的焦點是在同一條路線上，若要在焦點上觀測，肉眼的位置就會擋到光線。不過Zucchi仍用他的望遠鏡首次發現木星表面的帶狀斑紋，並由於他在光學上的研究和著作，激勵後人改良出實用性較高的反射式望遠鏡，牛頓就是其中的一位。

蘇格蘭的葛利格里（James Gregory ）是另一位受到激勵的天文學家，1663年，在葛利格里的著作《光學的進程（Optica Promota） 》首度提出使用兩個凹面鏡製造望遠鏡的想法（如圖三／曾耀寰提供），但在十年之後才由虎克製造出來。如圖所示，當光進入鏡筒後，在主鏡上反射，主鏡是一面拋物面鏡，它的焦點後方放置較小的次鏡，次鏡則是橢圓面鏡，反射之後的光線通過主鏡中心的一個小孔，肉眼就可以在鏡筒的後方觀測，就像折射式望遠鏡一樣的觀測方式，不像牛頓的望遠鏡，必須在鏡筒側邊觀測。

反射式望遠鏡沒有色差問題，這方面勝過折射式望遠鏡，色差歸因於不同顏色的光在透鏡內會有不同程度的折射，使得不同顏色的光會有不同的焦點，得到的影像變模糊了，而反射式望遠鏡只靠鏡面反射光線，而反射的程度和光的波長無關，所有顏色的光線都有相同的反射角度，都會匯集在同一個焦點上，尤有甚者，原本一些會被透鏡吸收的光，也可以被反射到焦點上。此外，透鏡只能在邊緣固定，如果透鏡太重，會造成支撐上的困難，反射鏡面的支撐架則可以放在鏡面後頭，穩當地固定整個鏡面，使得鏡面不易變形，所以現今大口徑都是反射式望遠鏡，最大可達十公尺，折射式望遠鏡很難超過一公尺口徑。望遠鏡講求的就是口徑，口徑愈大，解析度愈高，可收集較多的光線。

雖然沒有色差，反射式望遠鏡仍有球面像差的問題（折射式望遠鏡也有球面像差）。通常球面的反射鏡面容易磨製，但打到圓球鏡面的邊緣和靠近鏡心的光線不會匯聚在同一個焦點上，打在圓球面邊緣的光線，焦點比較靠近鏡面（圖四／曾耀寰提供）。如果鏡面無法將光線聚集在同一個焦點上，影像會變得模糊，解決之道就是改用拋物面鏡，拋物面的特性就是將所有的平行光匯集在同一個焦點上，但拋物面鏡並不容易磨製。不過總的來說，反射式望遠鏡的大口徑優勢是讓它歷久不衰的利器，天文學家透過這面魔鏡，可以將遙遠星光捕捉下來，透過各種方式處理影像，希望能夠真實呈現出宇宙的原始面貌，瞭解整個宇宙是如何地進行。