【原创】望远镜本质是：用暗度来交换倍数
更新了错别字
另外把中心都用红色注明了，有兴趣的人可以大概浏览下，不懂的初学者看看也无妨
写此文章的意义在于，让大家大概明白我要表达的内容就可以了，让更多的爱好者多一种对望远镜的理解
器材是要花费巨大的费用的，但是思想是可以无限发挥延伸的，望大家有空多多来交流
本人QQ：413220300
我语文巨差啊，我尽量写的通俗些
不是很喜欢对着电脑写字，NO FEEL啊
可是今天心血来潮，广一模也刚考完，有点时间，想写一些从对望远镜的误解到一些了解的经历和事迹
聚集到这个论坛里的同好大概都有一个共同点吧：都对黑暗的天空深空充满了热情与好奇。
也许很多人都是自从小时候就开始对深空着迷，我也不例外，直到现在也是，曾经是凭借着双眼看赏月观星，而现在或许手头有个好帮手——望远镜，它可以带我们进入更深邃的星空里，它可以让我们看到更多美丽而壮观的几何图形。
下面，我要给新手待进化级的解释一些有关望远镜的东西，当然，我也还是个新手，有错误的地方望请高人斧正
我以理论的形式演绎，即原理的建立，等效的转换，进行一些简单而必要的推论，最后得出结论
问题有：
1：望远镜是什么。它可以让看清更多细节的本质原因是什么。（知道这个的是正确选择望远镜的前提）
2：如何选购望远镜配件。（上一问的实践）
首先，从理论开始，既然是理论就的一切理想化，下面讨论的一些光学指标，都认为是理想的，研究才有意义
第一个要讲的是望远镜跟显微镜的区别，而这也是我的理论得以开始的前提。
我的理论建立原理只有一点：望远镜放大倍数再大，实际上都是=1倍（肉眼观看就是一倍，下文解释）
上面的原理等效于望远镜成的是实像，而这就是区分望远镜跟显微的依据，显微是虚像，因而可以≥1倍。
我们这里只讨论望远镜。
刚接触望远镜，毋庸置疑，最喜欢讨论的问题就是倍率，所以，我们感觉经验建立的开端就从倍率开始了
（在此，我对感觉经验的建立稍做解释，比如对于一个小孩子，父母总是担心会出什么意外，为什么呢？因为小孩子什么都不懂，他可以把地上比手掌大的蜘蛛拿到怀里翻滚，他敢去触碰火苗，敢吃虫子，在你不注意的时候，他会把你的IPHONE投倒茶壶里面去泡。。。。。小孩子，对于一些新事物，因为没有接触过，所以不懂其性质，这就和我们没有接触望远镜的一样，会问：望远镜能看多远，所以，不要笑，你也是这样过来的，大家都是，所以，得出一个经验的概念：经验就是与感觉相接触而对其理解的建议，也叫做感觉经验。如，小孩子被蜘蛛咬后就再也不敢接近蜘蛛了（你可能问，你没被咬，但你怕，为什么？因为你看过，在电视上，或者墙角边，而你又被昆虫咬过，而蜘蛛是昆虫，所以蜘蛛会咬人，这是错误的一个类比推论，但人类为了下意识的自我保护而下意识就会这样去联想，当然，理性，即人类的大脑可以克服这种下意识，高级指挥低级，好，题外话，不多说）。。。好，不罗嗦了，跳过）
所以，有了倍率这个感觉经验，我们就会一直喜欢讨论他 ，为什么会喜欢讨论他，因为我们意开始认为望远镜的本质就是能放大物体的倍数（这是错误的），一开始我也是这样认为的，所以买配件都是围绕着倍率再转，解决一些问题是也是拿倍率作为中心，所以很多推论跟价值都是错的。
这里引入一个公式：倍率=主镜焦距/目镜焦距。 ——公式A
好了，当你在围着倍率转得时候，热心地朋友会出来对你说，倍率有个极限值，那就是主镜口径的2倍。
哈哈，仿佛发现一个新大陆，因为倍率是由主镜口径决定，直接到了实际物体，不再抽象，于是，目标又转向了口径。
然后通常人在此基础上都会做一件事情：尽自己最大的能力，搞个口径最大的望远镜，哈哈，对于天文望远镜确实是没错（每台性能都是理想的）但对于双筒的选购就错了，下面再解释，包括天文望远镜在某个角度上说也是错的（当然不是便携）
哈哈，费劲千辛万苦，终于有了自己的一台天文望远镜了（下面没特别指出是双筒，都默认是天文）
拿上标配的目镜，看了看月亮，土星，木星。。。很满足了，于是开始在论坛跟好友分享，天知道的，无意中点了一张帖子，里面的图片不是月球，也是土星，而是五颜六色的XX（星云）
于是就在天空里找啊找啊，找那些玩意，后来看到了一个气团跟月亮差不多大，人家告诉这就是M42，你傻愣，顿感失望。
后来发现了一些星团。。。。。
于是下一步，大家通常都会再够进一些目镜。。。。。不讲了。（这段的中心是，一般人通常一开始对望远镜的了解方向跟升级的步骤，即初级阶段）
然后我在一本叫剑桥天文爱好指南的书中看到了人们一些的国外爱好者的目视观后感，我顿感怀疑：怎么你就看得到那么多细节，我看得就算一团雾。难道这深空仅仅就这样嘛？当然不是。（后来我意识到眼睛的观察细节能力是要练的，比如我现在可以拿一个双筒，然后看一个目标，可以随意的把两眼的像分开，然后合并，也就是说左眼看左眼的，右眼看右眼的，这个技能非常实用，这个之前看到过有帖子论述过了，在此就不介绍方法步骤了，效果就是，把大脑合成好的像分开成两个，然后分别观测两个像的差别，这样可以很好地看双筒的光轴稳不稳，可以发挥单眼视察的能力，看望远镜目镜时，双眼都是睁开的，但只有一个眼睛在看，另一个眼睛看得像是虚化的，所以不会影响单眼的分辨。把图像分开是很简单的，但分开以后要控制眼睛调焦就有点困难了，这样要练，当然，刚开始的时候用双筒辅助调焦，就可以看到两个非常清楚的同一个像）
这一段纠结的日子，也就算没有进步的日子，持续了1年多
在此期间，我DIY了王师傅主镜254F5牛反。很早就完成了，大概用了3天时间搞好的，后面都是在为目镜纠结，选购也毫无方向。
唯一的方向就是，指南里面的，各段倍率的使用的合适对象。
出瞳 每英寸口径倍数
低倍率：赏月，看大面积星云 2.6~6.9 3.7~10
中倍率：大部分的深空天体 1.4~2.5 10~18
高倍率：月面细节，行星双星 0.8~1.4 18~30
很高： 行星细节 0.6~0.8 30~42
好吧，谁能告诉这些玩意的意义？一看，谁都知道这是什么意思，这对应自己主镜的目镜焦距是多少很快可以算出个范围来，
但是，这些数值背后的感觉经验分别对应的是什么？ 对我们来说，这些数值到底代表什么“观测效果” 佛知道？好吧，上面已经解释了感觉经验的建立途径，当然，你可以这样做：花上10W元，把一套TV的全系列目镜都买下，然后一一对比，就有经验了。
显然，这不可行，所以，我们要用口来解释这些数值背后的意义，这也正是我这篇文章的中心。
好，先分析，上面的数据单位，出瞳，每英寸口径倍数（其实跟出瞳是一回事，不同角度而已，我们讨论出瞳）
这里指的是出瞳直径，而与这有关得
我们引入一个公式：出瞳=主镜口径 / 倍数 公式B
结合公式A，推出：出瞳=目镜焦距 /焦比 （现在我们应该知道焦比的重要性了，不解释这个了）
下面讲瞳孔：看电脑的时候应该是4MM左右，在阳光下大概2吧，晚上的时候估计是5，完全黑暗的时候，即极限，是6~8，看年龄。取中，我们选用7MM作为极限，这非常重要，先记着先，这也是选双筒，选目镜的直接的影响因素。
回到经历上，有了上面这些认识，还是没有多大实际作用，而他们又非常重要，回到对望远镜的认识上，透镜，反射镜的作用就是收集光线，这地球人都知道，但我一直在想，它收集到的那么粗的光线（口径光线）就都集中成了一个小光柱（出瞳）了？那这样我应该能看到非常黑暗的东西才对啊，而实际上，是跟肉眼差不多啊。这些光到底去哪了，我们想想看，我用10MM看木星，非常亮，换上3MM目镜，就很暗了，主镜收集的光不是一样多的吗，为什么倍数一高就暗了？（这是个核心问题，只要解决了它，就是飞跃式的进步）
我一直都不明白，试图找文章，可是没找到。
前段时间再看有关双筒望远镜选购的帖子的时候突然灵感一来终于给我想通了
好啦，下面用我自己的理解解释一下。
首先回到原理上，望远镜的放大倍数永远都=1.。下面就说明一下倍数问题，因为实像的倍数就是1倍，即是肉眼看到的倍数，而之所以感觉望远镜里面像是放大了，其实望远镜的本质是拉近了你与物体的距离（这是对把理解望远镜理解成放大的工具更好的一种理解），比如，你看100米外的一只身长1米的狗的大小，就相当于你把手指放到距离你眼睛0.5米处那么长（手指宽度为2CM算），但狗实际上是1米长，于是，拿出一个8X的望远镜来再看狗 log2(8)=3. 距离等分3分,也就相当于你站在离狗33米的地方看它，也就是3个手指宽度那么长（距离同上）
当你非常接近狗的时候，那就是狗的长度就是1M，这个长度你是在100外永远都无法看到超过这1M的，比如你在100米外放大1000倍看狗，其实就是跟你离狗1CM处看它是等价的，你看到的只不过是狗局部的毛发，而且亮度非常暗，不如干脆上前去看，现在就解释为什么用1000倍看会很暗，8倍就不会。
我们来计算一下，假设你所在的地方只允许你的瞳孔扩大到直径4MM，那么，选个8X40的望远镜吧，出瞳=40/8=5〉4，所以，你看到的狗的亮度是跟你用肉眼看到是一样的，不一样的是，你用了这台望远镜看狗，等效于你距离狗33米处看它。
好了，知道了这个那么我们就可以选购一台适合参数的双筒望远镜了，先明确使用场所，即出瞳，假设是户外旅游，那么瞳孔3CM算，其次就是倍率，选8吧，然后得出理想有效口径=3X8=24MM。所以，买个8X24的望远镜足够用了，就算你买8X50的，看同一个物体的亮度来说，这两台望远镜是完全一样的，所以。。。选购双筒望远镜的标准跟步骤就出来了。
好吧，我们是天文爱好者啊，来算算吧，如果我们在理想的黑暗下（没月亮，在青藏高原中心吧，伸手不见五指的地方）我们的瞳孔有8MM，我们选7倍，那么口径=7X8=56.哈哈，PERFER啊.
可是，这样的环境一般人是去不到得，如果我们在一个无月的郊外（可以看到城市的灯光，但很远）那么瞳孔是7，所以口径是49,（这也就是为什么很多老鸟都用7X50来观星的原因）
如果有满月的话，瞳孔5~6MM，口径42就非常足够了，就算你用50的，那完全是多余。多的光线射你皮肤上去了，没到大脑
好了，现在估计大家都应该有对倍率与出瞳的有初步准确地认识了吧
哈哈，出于好奇，我们来算算上面用1000倍看狗的吧，如果要看到跟实际一样的亮度的话，那么需要4X1000=4米的口径望远镜（嘻嘻，我国最大的才2.16米）
所以，实际上，我们看星体的时候，比如木星，如果我们用256倍看，想要达到亮度充足的话（出瞳2CM）我们需要的口径是半米，2MM的出瞳有多亮，这个亮度就是你用100口径的镜子用50倍看木星的亮度。这样完全可以结合对应的感觉经验了，不在盲目了。
为什么可以这样等效呢？因为木星表面反射太阳光所发出的光的强度一定，到我们的距离也一定（即单位面积光子数一定。所以可以等价）
好了，下面我们来解释上文的一个问题，那么大的光柱汇聚成了小光柱，光去哪了呢？有兴趣的同好可以试着自己想一想。
首先，我们避开一些复杂的公式计算（大学知识，我们只用初中知识解释）（其实我也没有学这放面的知识，不过应该很简单，只需要知道一个国际单位：光的强度：坎德拉，然后有一个相应有关的物理量的公式，然后差到相应行星得坎德拉值，还有到地球的距离，就可以算了。
计算的意义在于，可以用数值来跟实际物体相比较，比如，100米看一盏200W钨丝灯的亮度是10000个单位，而256倍看木星的亮度是10个单位，然后就非常直观可以知道目视亮度了，还有相应的什么视星等啊，这些东西，都可以很直观去感觉了。
好了，不废话了。
下面解释，我们想一下，假设一个物体，（先简化一个东西，我们感觉一个物体的亮度跟我们到他的距离没有关系，比如，我看月球的亮度，跟到月球上面看是一样亮的，或者说我看对面1KM处的房屋墙壁的亮度跟我再旁边看是一样的，实际应该不是这样，按照经验，我觉得是误差不大。）
然后我们用，用我的镜子吧，254F5牛反，放大256倍吧， log2(256)=8,即我们的等效目视观测地点是地球到木星距离对折8次的地方 即比地球近了256倍的地方看木星，而我们需要研究的是放大后的亮度比肉眼看暗了多少倍
我们有：牛反的出瞳=254/256=1 .肉眼瞳孔=8
（解释一下牛反的出瞳的意义：原理跟上面所说的狗的例子是一样的，1MM的意义在于，等效于我们用1MM的瞳孔张开量在距离比地球近了256倍的地方看木星。）
出瞳面积/瞳孔面积=1/64,即暗了64倍倍。而这64倍的暗度的代价就换来你站在距离木星位置更近的地方，近了8倍
换来的就是看起来木星更大，也即是可以看到更多的细节
所以结论就是，用望远镜放大看比实际上站在地球上用肉眼看暗的倍数=瞳孔面积/出瞳面积,
简单的推到大概就是这样，结论就是，暗的倍数Q=瞳孔面积/出瞳面积（上面牛反副镜忽略了）
整理下：
原理建议在倍率等效上，即望远镜的本质就是拉近与目标的距离。而出瞳直径是本质是跟瞳孔是一会事，只不过当瞳孔大于出瞳时，瞳孔就等于出瞳
而结论是：用望远镜看暗的倍数Q=瞳孔面积/出瞳面积
所以望远镜的本质是，它可以用亮度来交换距离（我认为这是对望远镜最本质的理解）
如果我们定为观测条件瞳孔张开直径=7MM的话。
那么倍数Q=49X（焦比/目镜焦距）^2
来算一下我的镜子在不减弱光线的前提下能拉近多少倍
令Q=1，目镜焦距=35，倍率=35 而实际值是254/7=36，是一样的，所以用这个公式来粗略计算应该是可以的
这样一来，选购的目镜焦距就有数值了，查阅一下天体亮度表，算出对应的合适亮度比来，选购的规格目镜就出来了。
完了，大概就是这样，说的可能不是很清楚大家意会一下吧。
上文有几个实用性的东西，当你对出瞳有所感悟和理解的时候，你就可以根据实用场合来选着最合适的双筒镜
也可以根据上表的数据然后结合一下自身的观测条件，来选着所需要购买的，或者合适的天文目镜了
如有严重错误，请斧
原创？粗看了一遍，早饭后再回来消化消化。 本帖最后由 扭扭羊 于 2012-3-18 10:03 编辑
LZ原创精神可嘉，不过感觉有点搞复杂了：
1）如果把目镜与眼睛的结合当作一部照相机，按摄影原理，曝光量=感光度x光圈x曝光时间。如果感光度与曝光时间固定（由眼睛决定），曝光量就是跟光圈（焦比的倒数）相关（正比）。因此，“焦比越小越亮”、“口径越大越亮”。
2）目标的光线经物镜、目镜、眼角膜后最终在视网膜上成像。从物镜收集到的光线跟口径有关，最终在视网膜上的成像大小跟倍数有关。同样的光量最终聚集的面积越大，感觉亮度（单位面积上的光量）就越暗。这就是LZ推导出的结论。
3）除非你是在看月面（0.5度）、大星云或者地面景观这样的大目标，如果你看的是行星或者其他的小目标的出瞳成像大小是远小于镜子的出瞳面积的。这时出瞳大小其实并不是你考虑的主要因素，你要考虑的是口径（集光量）、倍数（成像大小）、重量（便携性）。有趣的是口径和倍数刚好决定了出瞳大小。所以比较出瞳大小的结论也没错。
4）最后，如果望远镜的成像太大（这个与你要观察的目标视角与镜子倍数有关），以致瞳孔或者物镜（即镜子的视场）成为光路的瓶颈。这样你需要移动眼睛，或者移动镜子来看完全部成像。当然，如果让物镜成瓶颈，通过移动镜子来看全部目标，从便携性上更有利。这也是LZ得出的另一个结论。 学习了::070821_01.jpg:: 留个记号，回头慢慢看。 扭扭羊 发表于 2012-3-18 09:58 static/image/common/back.gif
LZ原创精神可嘉，不过感觉有点搞复杂了：
1）如果把目镜与眼睛的结合当作一部照相机，按摄影原理，曝光量= ...
你的2,3,4跟我想表达的意思是一样的。也就是我要说的。
不过第一点我有点疑问
首先我们知道人眼的感光远比相机高，只不过相机的好处是可以改变曝光时间来弥补它的不足，所以你固定时间的亮度因此来等效于眼睛这是完全正确的
但是，你说“焦比越小越亮”、“口径越大越亮”
这个概念比较相对化，一开始的时候我也想用焦比来说明问题的，但是问题是，我的目的不一样，我的对象是给一些基础差的朋友看得，所以呢，我觉得直观点更好，虽然是绕了一些。
不过我还是觉得出瞳就是最关键的。
先不要讨论它的对错，因为这并不重要，我的目的更注重于理解，确切的说是，是正确结论的等效化的近似理解
最起码剑桥那本书上的那组数据，就直接归结到了出瞳，这就意味着，它的重要性，为什么呢？
相信你也是学生吧
如果你仔细研究过实验教科书，就会发现，凡是书上讲到的概念，都是比较核心的东西，也是常考得。
所以，如果这本书上只写到出瞳，而非常少见其谈其焦比（焦比更重要地是在相机镜头上吧，因为对象的不同，你的公式已经表明了这点），就可以大概猜出其地位了。
焦比这东西，我的理解不是很到位，因为比值的东西，在物理上来说是定义物理量，而物理量是用来把一个概念准确地量化，以达到使用的目的。
但是这个焦比，其实我把它理解成是望远镜的一个重要参数，而具体是使用或者实用价值， 我是没有很深入的理解到
但是，我觉得出瞳直接就是口径跟倍数的比值，而这个比值还多了一个量，那就是目镜焦距。
我觉得用它来衡量是更准确地的。
我想你是这样理解的：你认为，出瞳的直径所聚集的光，如果按照我的推导来进行的，前提应该是：满像。也就是，木星把整个视场占满是吧。
但我觉得好像不太对，因为，你想想，木星的光线，在地面上是均匀分布，这个没错吧
所以，我的主镜是把更多的光线汇聚了一点，也就是出瞳，所以出瞳的光线也是均匀分布的。
而不存在你所说的远小于。
在对比下肉眼，肉眼收集的光远比镜面小，但是为什么看起来却更亮，而我文中要解释就是这个为什么。
哪里错了指正下哦
进来学习一下！！ 本帖最后由 扭扭羊 于 2012-3-18 15:19 编辑
zzh钟镇海 发表于 2012-3-18 11:13 static/image/common/back.gif
你的2,3,4跟我想表达的意思是一样的。也就是我要说的。
不过第一点我有点疑问
首先我们知道人眼的感光远 ...
1）我说你可能复杂化了，不是说哪里错了。
2）比值的东西，并不神秘，其实就是把一个正比的参数和一个反比的参数结合罢了。比如：焦比=焦距/口径，所以当我们说“焦比越小越亮”时，其实就是说：当其他参数不变时，口径越大越亮，焦距越小越亮。当我们说某一个参数的影响时，说的本来就是相对的。
3）为什么焦距跟亮度有关？其实也不难理解。我们可以把镜子等效为一个透镜，于是有：目标大小/物距=成像大小/像距。对接近无穷远的目标来讲，这个比值就是目标的视角（准确说是：2*artan(视角/2)），并且，像距=焦距（非无穷远也没关系，都是正比关系，不影响后面的结论）。所以目标固定时，成像大小与焦距成正比，焦距越小，成像越小，于是更亮。
4）为什么镜子里看到的东西没有肉眼看的亮，其实也可以用焦比来解释。瞳孔相当于眼睛的“口径”，比如是5~7mm。当我们通过镜子看到目标放大了比如100倍，也就是成像大小大了100倍，目标视角不变，所以是等效焦距大了100倍，但口径并没有大到瞳孔的100倍（500~700mm），所以镜子的焦比比眼睛要大得多，所以看到的就暗得多。
5）观测时为什么“出瞳”重要。其实重要的不是“出瞳”本身，而是“口径/倍数”这个比值。关键的确与LZ所述，是目视时的亮度：不同的目标自身的亮度不一样，需要通过镜子的聚光（或者散光）的效应来调节到合适的亮度，便于观察：口径越大，聚光越多，倍数越大，聚光能力越强，所以这两个比值要在某个合适的范围。
6）至于我的身份，你说的没错，我是学生。永远是。
学习理解中⋯ 本帖最后由 zzh钟镇海 于 2012-3-23 20:30 编辑
扭扭羊 发表于 2012-3-18 14:57 static/image/common/back.gif
1）我说你可能复杂化了，不是说哪里错了。
2）比值的东西，并不神秘，其实就是把一个正比的参数和一个反 ...
::070821_04.jpg::
互相交换思想是进步提高的最美妙方式
本帖最后由 飞翔的帝国 于 2012-3-23 22:14 编辑
我倒觉得俺们没文化的可以这样理解：
作为主镜形成的焦平面的有效范围总亮度比方说是100，我们用25mm目镜（说白了就是拿放大镜看焦平面的像，和你拿放大镜看报纸没啥区别）打比方能看见其中25%的面积，而用5mm目镜则只能看见其5%的面积，虽然看到的视角一样大，但是汇聚的光线的范围（目镜里的亮度）减少了，所以就觉得放大了看起来暗。
要想保证5mm看起来也一样亮，那只有用更大口径的主镜汇聚更多的光线。俺不会计算，只能说说了。
飞翔的帝国 发表于 2012-3-23 22:11 static/image/common/back.gif
我倒觉得俺们没文化的可以这样理解：
作为主镜形成的焦平面的有效范围总亮度比方说是100，我们用25mm目镜（ ...
有道理的
之前我也这样想过。大意也就是说，5MM目镜才用到了主镜的5%的亮度。其他都射到底边去了，这从目镜底端的通光大小来看也是很符合的。
但是我觉得讲不过去的地方就是
如果用同个目镜，主镜大口径跟小口径为什么亮度不同，光线进目镜里的直径是一样的，
如果说是单位面积光线亮度不同的话，那这就意味着是全部光线都进入目镜去了，没有射在底边
这样好像就有点牵强了呀
zzh钟镇海 发表于 2012-3-23 22:34 static/image/common/back.gif
有道理的
之前我也这样想过。大意也就是说，5MM目镜才用到了主镜的5%的亮度。其他都射到底边去了，这从目 ...
大口径汇聚的光线更多啊，总亮度就不是100了，可能是200，那同样是5mm看起来就是按100亮度的10%了。 好复杂 慢慢消化
嗯，受教了！
几个重要的概念楼主没有搞清楚
1. 望远镜的放大倍数是真实存在的，就像显微镜的放大倍数一样。以人眼裸眼观察的线性大小为1倍，一个放大倍数1000X的显微镜所看到的一个长度1微米的细菌，长度为1毫米。同理，一个放大倍数为200X的望远镜，看到的月面直径为裸眼的200倍。
2. 只要是通过目镜观看，显微镜和望远镜都是成的虚像。
3. 所有成像介质（胶片，CCD，人的视网膜）上都是成的实像。
4. 望远镜和显微镜的本质都是通过增加被观察物体的视角来达到放大的目的（也就是看得更清楚），要想达到有效的放大，就必须尽量收集物体发出的光。对于显微镜来说就是缩小与被观察物体之间的距离（高倍镜工作距离短），对于望远镜来说就是增大口径。你能获得的物体的光线信息，永远受限于口径，这就是为什么口径这么重要。
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