レンズと反射鏡 反射望遠鏡ってなに?

くっ折望遠鏡と反射望遠鏡は何がちがうの?

レンズだけを組み合わせたくっ折望遠鏡に対して、反射鏡を利用した望遠鏡が反射望遠鏡です。くっ折望遠鏡では、とつレンズの持つ「光を集める」「像をつくる」というはたらきを利用していますが、おう面鏡も、これと同じはたらきを持っているのです。

くっ折望遠鏡のもっとも大切な「光を集めて像をつくる」レンズは「対物レンズ」と呼びますが、反射望遠鏡ではこの部分におう面鏡を使います(対物鏡と呼びます)。つまり反射望遠鏡では、対物鏡の作った像を、接眼レンズで観察するわけです。ただし、反射鏡ですので、天体からの光はやってきた方向にはね返って像をつくります。この像をのぞくと頭がじゃまになるので、反射望遠鏡ではいろいろな方法で光を筒(つつ)の外に導き出し、観察するような工夫がされています。
(くわしくは「光のなぞ:いろいろな反射望遠鏡」参照)

学校などで使う望遠鏡はほとんどがくっ折望遠鏡ですが、本格的な天文観測に用いる望遠鏡は、実は反射式の方が多いのです。これは、特に天体望遠鏡では、レンズよりも鏡のほうが、以下の点で優れているためです。

(1)性能の良い望遠鏡が比かく的簡単にできる。
レンズでは完全に取り除けない色収差(いろしゅうさ)(※注)が鏡では発生しないためです。
※注
色収差(いろしゅうさ)については、「光のなぞ:光を精密に集めるのは大変!」をご覧下さい。
(2)安く作ることができる。
反射鏡は1面だけで光を集めて像をつくることができますが、レンズでは最低でも表裏の2面が必要です。また、さまざまな収差(しゅうさ)のうちでもっともやっかいな色収差(いろしゅうさ)を弱めるためには、2枚以上のレンズを組み合わせる必要があります。このため、レンズでは最低でも4面をみがかなければなりませんが、反射鏡は1面だけみがけばよいので比かく的簡単に、また、安くできるのです。
(3)大きな望遠鏡が作れる。
レンズではガラスの性質がたいへん重要なポイントになります。特しゅな性質のガラスを使わなければならないうえ、ガラスの内部もむらなくとう明でなくてはなりません。ですから、レンズ用の大きなガラス材料を作るのはとてもたいへんで、また、高価になります。しかし、鏡では光がガラス内部を通らないので、基本的にどんな材料でも利用できます(※注)。このためレンズに比べて簡単に、より多くの光を集められる大きな望遠鏡が作れるのです。
※注
「どんな材料でも」といっても、性能の高い反射鏡を作るためには、熱によるのび縮みが少ないなど、特別な性質のガラスが使われます。しかし、それでもレンズのガラス材料に比べて楽に作れ、安価です。

反射望遠鏡とくっ折望遠鏡

くっ折望遠鏡と反射望遠鏡写真

くっ折望遠鏡と反射望遠鏡写真

良い反射望遠鏡ってどんなもの?

では、性能が高い反射望遠鏡とはどんなものでしょうか?

<口径が大きい>
反射式に限らず、天体望遠鏡では対物レンズ(対物鏡)の口径が大きいことが重要です。これは、口径が大きければより多くの光を集めることができ、より暗い星まで見ることができるためです。さらに、口径が大きければより細かいものが見える(倍率が上げられる)という2つの理由によります。
<正確な放物面の対物鏡>
しかし、ただ大きいだけでは十分ではありません。球の一部を切り取ったような球面の鏡では、レンズと同じような球面収差(きゅうめんしゅうさ)(「光のなぞ:光を精密に集めるのは大変!」参照)が発生して、像がぼけてしまうのです。このため、反射望遠鏡の対物鏡には、球面ではないカーブを持つ、放物面鏡が用いられます。放物面鏡は、球面鏡にくらべて周辺の方が焦点距離(しょうてんきょり)がやや長くなっていて、遠いところから来る光を1点に集めることができます。ですから、対物鏡が正確な放物面になっていることが、性能の良さにとって重要です。

なお、「光のなぞ:レンズを使った道具」で紹介したように、望遠鏡の倍率は以下の式で計算します。
「対物レンズ(対物鏡)の焦点距離(しょうてんきょり)」÷「接眼レンズの焦点距離(しょうてんきょり)」
つまり、望遠鏡では原理的に、果てしなく高い倍率も可能なのです。しかし、細かいところが見えなければ、倍率を上げてもただぼけてしまうだけになります。つまり倍率は、望遠鏡の性能を示す基準にはならないのです。

<気流の良い場所で使う>
どんなに優れた望遠鏡でも、どうしてもさけられない問題があります。それは、私たちのまわりにある地球の大気です。大気は常にゆれ動いているため、星からの光もゆれ動きます(地上で星がかがやいて見えるのはこのためです)。この大気の動きは、星をくわしく観察するにはたいへんなじゃま者なのです。
そこで、自由に移動できない巨大な望遠鏡は、できるだけ大気にえいきょうされないような場所に作ります。すばる望遠鏡など、研究用の大望遠鏡が空気のうすい高山に設置されているのはこのためです。
さらに、大気けんの外に望遠鏡を置けば、大気のえいきょうをまったく受けないため、地上の望遠鏡に比べてすごい性能を発揮できます。この目的で作られたのが「ハッブル宇宙望遠鏡」などの、宇宙望遠鏡です。

球面鏡と放物面鏡

宇宙望遠鏡と地上の望遠鏡の見え方のちがい

光のなぞ レンズと反射鏡

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