1.1 优雅的回忆

说金色时代的小天文望远镜为收藏界的新宠，其实一点都不为过。古典的科学仪器，从颜值上可以秒杀如今的大多数实验装置，加上其稀有程度，拍卖会上动辄几十万的身价，也不会让大众感到不可理喻。虽说中国科学仪器收藏已经有了至少二三十年的传统，但到本书落笔时为止，依然是一个极其小众的领域，且收藏品以数量较多的相机类和显微镜类为主，而对于古典小天文望远镜这个品类，涉足的人屈指可数。除了故宫博物院、北京天文馆以及其他一些天文、海洋类博物馆，收藏者寥寥。

不过，喜欢这个的领域的人是真的喜欢。举几个例子，一位知名收藏家参与国内外各类拍卖会若干，凡是入眼的望远镜绝不放过，一日给我发来一图，图为一小型中星仪，独缺目镜。中星仪比普通望远镜罕见不少，按说不该放过，但目镜的缺憾又让人心里难受，思来想去，这位收藏家高价拍下此镜，之后，配目镜就成了他的一桩心事。另一位爱好者在北京天文馆工作，至今没有收藏一台古典天文望远镜，却收集了大量资料。还有一位天文台的老师，对蔡司望远镜情有独钟。在20世纪90年代，他去天津逛“洋货市场”，发现一个木盒里装有蔡司显微镜的莱茵伯格照明配件，而木盒上刻有蔡司标志和进口洋行的名号，自然喜欢得不得了，这一单花去了他当时一个月的工资。买下木盒那天，他抱着木盒赏玩了一整日，令同行朋友颇为不解。

小天文望远镜经历的第一个时代，璀璨夺目。在这个时代，你会看到闪耀的黄金和白银、精湛的黄铜加工工艺和木加工工艺，甚至珠宝加工工艺。每一件金色时代的作品，都堪称科学与艺术的完美结合。当你看完本书后面的内容，或许会感同身受。

折射式与反射式之战

1608年，荷兰人汉斯用水晶造出了第一台望远镜，仅仅一年多之后，伽利略就通过对望远镜的改装，完成了它的一大步进化——天文望远镜出现了。伽利略使用的望远镜非常娇小，这是受当时工艺限制的结果。但我们不能否认，他使用的是一台“天文望远镜”。伽利略用它发现了月球上的撞击坑，发现了木星的四颗卫星，发现了银河实际上是由众多暗弱恒星组成，也发现了土星形状诡异。当时，伽利略对土星的发现并不确定，纠结之下将这一发现写成一段“密语”——smaismrmielmepoetaleumibuvnenugttaviras，让他人猜度。后来，当他进一步确认后，才将谜底公布出来：土星由3个星组成，一大两小。这显然不是如今我们熟知的那个以拥有漂亮光环著称的土星。伽利略的问题在于，他的望远镜口径还不够大，光学质量还不够好。于是在之后的几十年中，新的天文发现通常伴随着望远镜技术的提高。

伽利略制作出第一台折射式天文望远镜是在1609年，牛顿制作出第一台反射式天文望远镜是在1668年。两个人采用了两种截然不同的光学手段，都实现了用望远镜进行天文观测的功能。伽利略使用的是透镜组，制作出的设备被称为折射式天文望远镜。牛顿使用的是抛光镀银后的凹面镜，制作出的设备被称为反射式天文望远镜。两种望远镜孰优孰劣？牛顿认为，折射式天文望远镜由于使用了透镜，透镜引起的色差问题是其本身属性，是解决不了的。不过反射式天文望远镜也有其自身的问题，它是一个球形凹面，而球形凹面镜是没有焦点的。之后，折射式与反射式这两种天文望远镜的“战役”悄然拉开序幕。

1655年，也就是折射式天文望远镜出现的40多年后，惠更斯让折射式天文望远镜有了新发展。为了减弱色差，他使用了非常长的焦距，这也使得他制作的天文望远镜造型古怪——有一个竖杆，顶端放置望远镜的物镜，用一根绳子来控制物镜的指向，然后在绳子的另一端安装目镜。惠更斯在目镜制作上也下了很大功夫，他后来设计的惠更斯目镜如今依然被人们使用。惠更斯的努力没有白费，他看清了土星的光环，并且发现了土卫六“泰坦”，他在公布新发现时也采用了“密语”:aaaaaaa ccccc d eeeee g h iiiiiii llll mm nnnnnnnnn oooo pp q rr s ttttt uuuuu。这句话解密并翻译过来就是：有环环绕，环薄而平，没有一处与本体相连，而与黄道斜交。

其实在牛顿前后，并不乏反射式天文望远镜的设计者，卡塞格林便是其中之一。由于用的是凹面反射镜，反射式天文望远镜的焦点会在镜筒之中，没有办法用于目视。牛顿的办法是使用一片平面镜将光路引到镜筒一侧，而卡塞格林则在镜筒之中加入了一枚带有曲率的反射镜，这样一来，望远镜中就有了两片反射镜，分别称为“主镜”和“副镜”。光线在镜筒中经历两次反射，再通过主镜上开的小孔，抵达位于望远镜后端的目镜。这样的改变更符合一般人使用望远镜的习惯。然而，卡塞格林的设计影响并不仅限于此，因为两片带有曲率的反射镜可以产生组合，从而优化望远镜的成像质量。但纵观17世纪，反射式天文望远镜并未占据上风。

接近18世纪中叶的那几年，折射式天文望远镜开始新一轮的发展。这是由于两片消色差物镜的出现。一片透镜只能屈服于色差带来的限制，在17世纪，人们只能通过加长物镜焦距，从而把焦比增大，进而降低色差，这样的后果就是焦距极长，观察视野昏暗。惠更斯的折射式天文望远镜长达37m，却并非当时之最。人们利用两片不同材质的玻璃进行组合，消除红色和蓝色的色差，吹响了折射式天文望远镜反击的号角，到了18世纪中后期，复消色差物镜也发展起来，可以消除红绿蓝3色色差，至此，折射式天文望远镜与反射式天文望远镜重新回到同一起跑线。

在天文望远镜发展的早期，人们并没有刻意区分天文望远镜和非天文望远镜，也没有刻意区分专业天文望远镜与小天文望远镜，毕竟，伽利略、牛顿这些人用的也只是小口径望远镜。到了18世纪，望远镜制造商才开始多了起来。

华山论剑

在17世纪，惠更斯制造的望远镜在市场上具有垄断地位，这得益于他关于土星系统的发现，惠更斯兄弟一直声称，他们所制作的望远镜是当时最好的。当时，惠更斯正在爬上事业的巅峰，他用自己的第一个作品——1655年的5.7cm口径、约3.7m焦距的折射式天文望远镜发现了土星卫星之后，1656年，惠更斯建造了一台更大的悬空式望远镜，口径为10.5cm、焦距长达7m。几年后，著名的惠更斯目镜被制造出来，并安装在这台望远镜上。这些工作完成之后，惠更斯的目视倍率达到了120倍，也获得了一些重要发现，这其中包括了火星的极冠，以及那个后来被称为“大流沙”或者“大沙漏”的三角形暗色区域。

但并不是所有的同行都对惠更斯服气，比如当时的天文学家赫维留就对惠更斯颇为不服，还有一位竞争者对他更加不服，那就是望远镜制作师迪维尼。迪维尼曾师从多位大家，其中之一便是意大利物理学家托里拆利。在学习了数学和天文学之后，迪维尼又学习了钟表修理、镜片磨制等技法，逐渐成为制镜大师，同时也成了一名业余天文观测者。但在对土星环的解释上，他与惠更斯意见相左，而惠更斯在当时代表了望远镜的极致，这就打击了迪维尼的士气。对迪维尼来说，前有堵截，后有追兵，当时还有另外一名制镜大师，名为坎帕尼。坎帕尼比迪维尼小25岁，而且还有两个精通钟表制造的哥哥，兄弟三人通力合作，也足够迪维尼“喝上一壶”。

1663年到1665年的一次天文望远镜制造的巅峰对决，我们如今看来依然心潮澎湃：意大利佛罗伦萨，在卡西尼、红衣主教和其他多位专家的评判下，迪维尼和坎帕尼的望远镜经过多次夜晚实际观测的对比，依然难分伯仲，二人各展绝技，更新着自己望远镜的结构。随后坎帕尼悄悄弄坏迪维尼的望远镜，并向红衣主教赠送望远镜以求获胜，迪维尼对此并不知情。比赛的结果是坎帕尼胜出，不过二者都从中获得不少益处，因为经过这场比赛，二人拿到的订单大增。最终还是坎帕尼运气更好，因为他与卡西尼搭档，有了不少天文发现。

优雅的艺术品

冉斯登目镜是天文望远镜经常会遇到的一种目镜结构，在小天文望远镜发展史上，冉斯登可以称得上是一位“艺术家”，他设计制作的设备，不但结构精巧，而且造型美观，让人爱不释手。如果我们把小天文望远镜在20世纪初之前的发展称为黄金时期，那么冉斯登所在的18世纪中期，可以称得上是黄金时期的“古典艺术时代”。1758年，只有20多岁的冉斯登来到伦敦，成为当时著名数学仪器制造商波顿的学徒，仅仅4年之后，他就自立门户，并很快获得了一位女士的芳心。这位女士名为莎拉·多伦德，她是当时光学仪器世家多伦德家族的成员。18世纪前期，英国有几大家族共享光学仪器制作这个领域，分别是布朗宁家族、多伦德家族、肖特家族、斯潘塞家族等。老多伦德是一个杰出的光学设计师，他是消色差物镜最早的发明者之一，在18世纪50年代赫赫有名。虎父无犬子，老多伦德的几个儿子也很出色，其中皮特·多伦德早有了自己的光学企业，而小儿子约翰·多伦德则醉心于光学技术研究。老多伦德的宝贝女儿莎拉嫁给了冉斯登，于是冉斯登也成了多伦德家族的一员。冉斯登在仪器制造上天赋异禀，有着完美主义的倾向，他制作的六分仪、经纬仪都堪称后世典范，但是他苛求完美，干活儿一拖再拖，这也惹恼了不少客户。在天文望远镜方面，他做出的赤道仪天文望远镜精美绝伦，后来有著作称赞其望远镜，并使用了“优雅”一词。1774年，冉斯登做出了机械式的跟踪赤道仪天文望远镜，它有一个类似钟表的结构，这就是后来的转仪钟赤道仪。如今，在光学设计领域中人们熟知的冉斯登目镜，只是他的众多发明之一。

从始而终

在20世纪早期的天文望远镜物镜设计中，有几种设计颇为经典，包括蔡司的四片三组天塞式（Tessar）、罗斯的四片对称式（Astro）、皮兹瓦尔的四片对称式（Pitzva）、库克的三片分离式（Cooke）。其中的分离式来自一个始建于19世纪早期的望远镜老厂。18世纪的小天文望远镜几乎被英国制造商掌控，到了19世纪初期，这个情况发生了变化，英国和法国分别有自己的制造者，他们相互合作，也相互竞争。

托马斯·库克的望远镜业务开始于1837年，早期，他专注于一些小型望远镜的生产，并和他的儿子们一起组建了库克家族公司，一直维系到1913年。后来，他们与望远镜制作者中最为铁杆的一组伙伴开始了合作，这对伙伴就是特劳顿和西姆斯。西姆斯家族的匠人精神一脉相承，老西姆斯是18世纪末的一位金银匠，也是罗盘仪表类的制作者，威廉·西姆斯则是天文航海仪器和数学仪器的制作者。1826年，威廉·西姆斯与爱德华·特劳顿共同创办了特劳顿和西姆斯制造厂。这个公司以生产应用类光学仪器见长，在天文仪器方面，他们设计制造了独特的中星仪，这是一种特殊的专业天文望远镜，用于测量恒星过观测站子午圈的时刻，中国香港天文台早期使用的中星仪就来自该厂。相比之下，给天文爱好者制作的小天文望远镜并非该厂主力产品。另外在工程应用方面，他们生产的经纬仪享誉世界。1907年2月21日，中国著名铁路专家詹天佑写信给伦敦的特劳顿和西姆斯制造厂，购买用于京张铁路的测量仪器，所选如下所列：

1.5英寸（127mm）测量经纬仪——31英镑。

2.最优质便携式皮箱——2英镑5先令。

3.附加经纬仪用读数放大镜。

4.附加十字线玻璃片，上刻有视距线。

5.6英寸（152mm）特劳顿、西姆斯水准仪——15英镑。

6.最佳便携式皮箱——1英镑17先令6便士。

7.附加水准仪用十字线玻璃片。

注意：上述仪器、三脚架、皮箱均须印有T.Y.Jeme字样。

直至特劳顿和西姆斯两位创始者去世，该厂依然保持着联合关系。1922年之后，库克的加入才将其改变为“库克、特劳顿和西姆斯”。又过了10多年，库克的天文仪器生产业务实际上转向了另一家企业，格鲁布和帕森公司，到此时，特劳顿和西姆斯不再出现。

白银镜面

在小天文望远镜的发展过程中，有些年份似乎过得极其缓慢，因为那段时间发生了很多事情，所以当我们回顾这段历史时，仿佛时间停滞了一样。1668年牛顿反射式天文望远镜被发明之后，反射式天文望远镜并未在小天文望远镜中占据着上风，这种天文望远镜有其自身的缺陷。我们研究了折射式天文望远镜和反射式天文望远镜的光路后，就会发现一个问题。光线穿过折射式天文望远镜的透镜时，先从空气进入玻璃，再从玻璃进入空气，透镜与空气有两个交界面，因此光线通过两个交界面，每个交界面只穿过一次。反射镜面则不然，光线抵达反射面然后发生反射，实际光线经过这个交界面两次。这意味着如果要达到同样的精度效果，那么反射式天文望远镜的镜面精度，要达到折射式天文望远镜的镜面精度的两倍才行。这就使反射式天文望远镜对磨制有更高的要求。早期，无论是牛顿，还是卡塞格林，制作反射镜面都采用金属材质进行抛光，但金属并不是一个很好的选择，它沉重、昂贵、精度低，而且最大的问题是金属自身的热膨胀系数高，也就是说，随着环境温度的改变，镜面会发生变形。这种问题在越大口径的望远镜中就越发严重。

这个问题在1855年发生了变化。1855年，法国巴黎天文台的物理学家傅科正一筹莫展，他的上司、鼎鼎大名的天文学家勒威耶（预测过海王星的存在）给他布置了一个任务，制作一枚737mm口径的消色差物镜。但是，傅科没能完成这个任务，因为他没有合适的准直器进行检验。傅科准备做一个反射镜面的准直器，他一开始准备采用金属镜面，但在20年前，化学家已经知道了硝酸银的银镜反应，傅科决定利用银镜反应制作反射镜面。他用玻璃作为基质，并在6个月后获得了成功，他还把一块成品玻璃反射镜送给了约翰·赫歇尔。1857年，傅科的这一成果轰动了天文学界，对于他们来说，没有什么是比这个更棒的事情了——反射镜面将变得精度更高、重量更轻、成本更廉价，甚至对光线的收集能力也会提高，这对天文观测意义重大。正当天文学家们兴奋异常时，傅科却在琢磨另一件事。

这个专利，能不能挣钱呢？很快，傅科找到了合作者——法国塞克雷坦，后者是当时的一个精密仪器加工生产商。傅科和塞克雷坦一拍即合，于1857年开始制作小型反射式天文望远镜。在他们看来，专业望远镜的生产很重要，但小天文望远镜更有市场，因为当时欧洲已经有了为数不少的天文爱好者，甚至是独立天文家。1858年，傅科和塞克雷坦推出了两款反射式天文望远镜，分别是90mm口径、焦距500mm,180mm口径、焦距1500mm。根据当年的广告，其中小口径的这款天文望远镜售价为250法郎，大口径的天文望远镜则需要1500法郎，这个售价在当时算是相当便宜的，因为一台95mm口径的折射式天文望远镜在当时需要600法郎。另外，我们还可以参考下傅科的年薪，傅科的年薪在当时算得上丰厚，约有5000法郎。

傅科和塞克雷坦制作的早期反射式天文望远镜，从外形上看更像一个家具。其镜身，包括支架系统，大部分采用的是木质结构，它的镜筒同样也是木质的，90mm口径的那一款实际上是桌面望远镜，主镜是长方体，支架是简易的可调节结构，寻星镜部分和目镜端采用了黄铜，颜色是金色的，特别是目镜端，采用了与显微镜类似的结构，或者这其实就是显微镜目镜端的一部分，如果拆下来安装上显微物镜，一样可以用来观察苍蝇的翅膀。后来，他们生产的望远镜结构几经变化，先是出现了八棱柱镜身的望远镜，之后又开始生产铜质镜身的设备，甚至做出了非球面的主镜镜面。傅科一方面享受着来自公司的分成，一方面也有些苦恼，因为巴黎天文台的勒威耶先生，想要开掉他。

至尊家族——克拉克的小天文望远镜

目前，世界上依然有为数不少的科学仪器爱好者，他们喜欢收集金色时代的各种仪器，这些仪器从做工到年代，从作者到存世量都很有讲究。在古典小天文望远镜收藏中，美国的克拉克牌望远镜是主流中的热门选择。提起克拉克家族，许多人会想到他们从19世纪末到20世纪初的那些重磅产品，众多知名大望远镜的制造中都有克拉克家族的身影。不过，本书的主角并非那些专业大型望远镜，在小天文望远镜领域中，克拉克家族的地位也非同寻常。

阿尔文·克拉克是19世纪初的一位画家，在历经了多年的绘画工作后，克拉克在不惑之年开始考虑转型，想从画家转型到光学技师。在这个年纪转型，克拉克承受着巨大的压力，他跑到波士顿市政厅门前架起望远镜，招揽公众使用望远镜，借以宣传他的设备是如何精良，另外，他还给很多天文学家写信，推荐自己做的望远镜。他的努力最终有了结果，英国天文学家威廉·道斯发现克拉克的望远镜在分解双星上表现优秀，一口气买下了5台克拉克望远镜。

老克拉克是如何做到如此优异的制造和调校的呢？有些人认为老克拉克只是单纯依靠经验，也有人认为他不仅经验丰富，数学知识也了得。有人曾回忆起当时老克拉克店中的情景，他忙碌地制作着天文学家们订单上的产品，两个儿子也在学做望远镜。令人想象不到的是，1860年之后，克拉克家族被一再要求制作超出他们经验范围的设备，也就是那些大型的天文望远镜。1862年，克拉克父子一起磨制了47cm口径的折射镜，因为交货日期推迟，所以他们尝试着调校。当他们对准天狼星时，忽然看到旁边有一个小斑点。老克拉克有些失望，认为这可能是镜头的缺陷，而小克拉克却兴奋异常，因为他知道他们发现了天狼星的伴星——德国天文学家贝塞尔预言过这个事情。

虽然有克拉克家族这样强大的对手存在，19世纪中期到20世纪初期，仍然有更多的厂家投入到这一行业中，他们专注于为大众、为天文爱好者们制造精良且耐用的小天文望远镜，他们用最好的材料——黄金、白银、黄铜、木头共同打造这种仪器。贝克、罗斯、布拉谢尔、欧文、曼南、奥特维、施耐德、沃森、华纳，请记住这些品牌吧。谁能想到，在20世纪初，这些昔日天文望远镜的“黄金家族”会一下子消失得无影无踪了呢？