《談天說文》琥珀望遠鏡琥珀望遠鏡

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「 瑪麗說，但我想利用樹漆製作一面鏡子，或許可以幫我看見。……上完漆後就是磨光，瑪麗花一整天清柔地以畫圓方向磨光表面，直到手臂痠疼，頭嗡嗡作響，再也做不下去為止。」瑪麗是菲力普‧普曼奇幻小說《黑暗元素三部曲》的人物，她是一位實驗物理學家，專門研究譗「影子粒子」豃，她在第三部《琥珀望遠鏡》裡頭遇到了謬爾發，謬爾發是一種輪子生物的種族，瑪麗和謬爾發生活了一段時間，利用當地的材料—樹漆製作了一具琥珀望遠鏡，想要透過望遠鏡看到影子粒子，謬爾發稱作思若夫，也就是《黃金羅盤》所提到的塵。

對我們來說琥珀是一種松樹脂的變質化石，在幾千萬年前產生，經過地球岩層的高溫高壓而形成了色彩豔麗的透明寶石（如圖一），黃色的琥珀最常見，其他顏色有紅、紫和藍色。主要產地在瑞典、丹麥、德國、波蘭和舊蘇聯的海岸。

琥珀的透明性也許可以用來製作折射式望遠鏡，但無法發揮奇幻小說所敘述的功能—觀察影子粒子。並且琥珀是有顏色的，透明度不若玻璃，對天文學家來說，這種望遠鏡的效能堪慮。望遠鏡對天文學來說是非常重要的工具，望遠鏡可以收集來自宇宙的各種不同頻率的光，在可見光部分，有兩種望遠鏡可資使用，折射式和反射式望遠鏡，其他波段，例如無線電波和X射線，需要靠別種望遠鏡進行觀測。

折射式望遠鏡發明較早，大約在十七世紀初，由一位荷蘭的眼鏡工匠意外發明，當時稱之為察諜鏡（spyglass），1609年義大利天文學家伽利略聽到這個消息，立刻打造一具由凸透鏡和凹透鏡所組成的折射式望遠鏡，開始進行天文觀測。後來，克卜勒進行改良，製作了一具由兩個凸透鏡所組成的望遠鏡，它比伽利略望遠鏡有更大的視野，不過所看到的影像是上下顛倒的（圖二）。

望遠鏡的主要功用不在於放大影像，天文學家所注重的是較高的解析度和收集較多的光子。這和我們對液晶電視的要求是一樣的，通常我們認為好的液晶電視不只是尺寸要大、解析度要高、亮度要夠，例如40吋液晶電視的解析度標示1366x768，這表示了長度和寬度的解析度，1366表示每英吋有1366像素（dpi），dpi的數值愈高，解析度愈好。望遠鏡也一樣，如果解析度不高，只會放大影像，最後你只能看到很粗的顆粒，就像利用電腦的影像放大功能，把數位照片不斷地放大，最後便看到模糊的影像（圖三）。而望遠鏡的解析度是和望遠鏡口徑大小成正比，望遠鏡越大、解析度越高，遠方的兩顆鄰近的星星可以清楚分辨，不會模糊在一起。

除了解析度外，望遠鏡還要盡量收集光子，所以望遠鏡必須要越大越好，就像天降甘霖時，拿較大的鍋盆可以接到較多的雨水。因此天文學家都希望有最大口徑的望遠鏡，有較高的解析度，收集較多的光子。

但折射式望遠鏡有天生的缺陷，當光線通過透鏡之後，不會在同一點聚焦，這現象稱作色差。這現象和牛頓的三稜鏡實驗是相同的，牛頓利用三稜鏡將白光分解成一道彩虹，這是因為不同顏色的光通過三稜鏡後，會有不同的折射。折射式望遠鏡裡頭也是一樣，結果反而造成星光無法聚焦，影像不清。為了解決色差的問題，折射式望遠鏡的透鏡必須作得很薄，盡量讓各種色光能聚集在一起，但是太薄的透鏡會有較長的焦距，使得望遠鏡變得很長（如圖四）。

另外太大的透鏡太重，會造成透鏡本身的變形，影響得到影像的品質，因此現代一流的望遠鏡都不是折射式望遠鏡，而是較晚發明的反射式望遠鏡，反射式望遠鏡不像琥珀望遠鏡，而是靠反射的鏡子，反射式望遠鏡就留到下回介紹。