显微镜与望远镜

在七年级的生物课上，我们曾借助于一个神奇的光学仪器观察到了洋葱的表皮细胞，从而获得了对细胞结构的初步认识，老师也一定给你介绍过那个结构“奇特”的工具——显微镜.它一般是用几个透镜的组合构成的一种光学仪器，也是人类进入原子时代的标志.显微镜分光学显微镜和电子显微镜.

光学显微镜是在1590年由荷兰的杨森父子首先发明的，但最初的光学显微镜的放大倍率很小，现在的光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，分辨的最小极限达0.2微米.普通光学显微镜的构造主要分为三部分：机械部分、照明部分和光学部分.它的机械部分由镜座（详见附图）、镜柱、镜臂、镜筒、物镜转换器（简称“旋转器”）、镜台（载物台）、调节器几部分组成；它的照明部分装在镜台下方，包括反光镜，集光器；它的光学部分主要由物镜和目镜组成.物镜装在镜筒下端的旋转器上，靠近被观察物体，它的功能相当于投影仪的镜头，能使被观察的物体通过它成倒立、放大的实像.每台显微镜一般有3～4个物镜，其中最短的刻有“10×”符号的为低倍镜，较长的刻有“40×”符号的为高倍镜，最长的刻有“100×”符号的为油镜.在高倍镜和油镜上还常加有一圈不同颜色的线，以示区别.眼睛贴在上面观察的镜叫目镜，它相当于普通的放大镜，通过物镜所成放大的实像又通过目镜成正立、放大的虚像.目镜装在镜筒的上端，通常备有2～3个，上面刻有“5×”“10×”或“15×”符号以表示其放大倍数.显微镜的放大倍数是物镜的放大倍数与目镜的放大倍数的乘积，如物镜为10×，目镜为10×，其放大倍数就为10×10=100.显微镜的目镜长度越长，放大倍数越低；物镜长度越长，放大倍数越高.普通显微镜常用来观察生物切片、生物细胞、细菌以及活体组织培养、流质沉淀等，同时可以观察其他透明或者半透明物体以及粉末、细小颗粒等物体.

电子显微镜由镜筒、真空系统和电源柜三部分组成.镜筒主要有电子枪、电子透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件.其中电子透镜是电子显微镜镜筒中最重要的部件，它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与玻璃凸透镜使光束聚焦的作用相似，所以称为电子透镜.分辨能力是电子显微镜的重要指标，现代电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵.电子显微镜的分辨本领虽已远胜于光学显微镜，但电子显微镜因需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤.

显微镜是帮助我们深入物质内部、观察和了解物质微小结构的重要工具，它在新材料开发研究等现代科技发展中发挥着极其重要的作用.但是，我们知道，人类发展的进程还伴随着对浩瀚宇宙的观察和研究，在这方面，望远镜发挥了巨大的作用.

最常见的望远镜只是望远镜大家族中的一种——伽利略望远镜（如左下图所示）.它是用凹透镜作目镜、凸透镜为物镜组成的.物体经过物镜成正立缩小实像，该实像又在目镜的一倍焦距以内，经目镜成一放大的正立虚像.伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值.伽利略望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位，其优点是结构简单、光能损失少、镜筒短、很轻.

1611年，德国天文学家开普勒用两片双凸透镜分别作为物镜和目镜，物体经过物镜成倒立放大的实像，该实像再经过目镜成正立放大的虚像（成像原理如右上图所示），这样物体就经过两次放大使放大倍数有了明显的提高，以后人们将这种光学系统称为开普勒式望远镜.它需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像，使眼睛观察到的是正立的像.

伽利略望远镜和开普勒望远镜都是用透镜作物镜的望远镜，我们统称为折射式望远镜.由于折射望远镜的成像质量好，视场大，使用方便，易于维护，中小型天文望远镜及许多专用仪器多采用折射系统，但大型折射望远镜制造起来比较困难，因为冶炼大口径的优质透镜非常困难，且存在玻璃对光线的吸收问题.

1668年，牛顿用2.5厘米直径的金属，磨制成一块凹面反射镜作为主镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45°角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜以90°角反射出镜筒后到达目镜.它的优点是没有色差，能在广泛的可见光范围内记录天体发出的信息，且相对于折射望远镜比较容易制作，因此主要用于天体物理方面的观察和研究工作.

人类在发明望远镜的道路上一直没有停步！1931年，德国光学家施密特用一块别具一格的接近于平行板的非球面薄透镜作为改正镜，与球面反射镜配合，制成了可以消除球差和轴外像差的施密特式折反射望远镜，它也是现在世界上最大的折反射望远镜，其改正口径为1.35米，主镜口径为2米.由于折反射式望远镜能兼顾折射和反射两种望远镜的优点，相对口径更大，光力强，视场广阔，像质优良，适用于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体，尤其是对暗弱星云的拍照效果非常突出，得到了广大天好者的喜爱.

上述三类望远镜统称为光学望远镜，但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜、红外望远镜、X射线和伽马射线望远镜.近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波、宇宙射线和暗物质的领域.从1608年人类历史上的第一架望远镜诞生起，经过400多年的发展，望远镜的功能越来越强大，观测的距离也越来越远.

显微镜和望远镜的不断发展和广泛应用，加快了人类揭秘物质世界的进程，为人类文明的发展立下汗马功劳，而这其中的每一个环节、每一次进步与革新都离不开科学家们的努力，正是他们的不懈努力，才让科学不断彰显出它强大的力量！