无法逾越的巨大尺度使天文学难以成为实验科学，一切研究只能靠细微的观察和精密的计算。因此，没有望远镜就没有现代天文学。1608年荷兰眼镜制造商利普赛发明望远镜后，伽利略立即加以改造并指向苍穹，成为“发现新天空”的“哥伦布”。这是一个用平凸透镜做物镜，以凹透镜做目镜的简单光学装置，直径4.2厘米的“大眼睛”能比裸眼捕捉更多的光线并汇聚在目镜后，让人看到一个更大、更亮的虚像。1610年，伽利略发表了划时代的著作《星际使者》，朦胧的银河原来是无边的星海，皎洁的月亮竟然布满了环形山，灿烂的太阳哪知会有黑子，而金星的相位变化和木星的4颗卫星恰恰是日心说最可靠的证据。伽利略手中的2小块玻璃永远改变了人类和自然的关系。1611年，开普勒将目镜换成凸透镜并置于物镜的焦点之后，从而看到一个放大的颠倒实像。开普勒望远镜视场更宽广、成像更清晰。增大口径为了收集更多光线，减小曲率能减少球面像差，正是不断加长的焦距，形成了开普勒望远镜修长而壮观的独特造型。
1609年伽利略望远镜
伽利略的《星际使者》和改变世界的两只镜片
1673年赫维留斯制造的45米长、4透镜“长镜身”望远镜
由于不同波长的光线经过透镜时折射率不同，难免带来彩虹般的色差；巨大的镜片只能靠边框支撑，长期重力作用会造成形变而影响精度。1668年，牛顿制造了第一架反射望远镜。将折射光线的凸透镜变成了反射光线的凹面镜，主镜尺寸更容易增大，而且能用更多支撑点承受自身重量。反射望远镜很快成了大型天文台的首选和主流。1851年伦敦世博会举办时，天文学已经硕果累累。惠更斯、卡西尼、哈雷、赫歇尔、梅西耶、皮亚齐、夫朗禾费等一代代天文大师炳若群星，罗斯伯爵的1.8米反射望远镜已经能够看到遥远的旋涡星系。而真正把望远镜神话推向高潮的是天文奇才海尔，他以“三级跳”的跨越，连续制造了1.53米口径的威尔逊天文台望远镜，2.54米口径的胡克望远镜和5.08米口径的海尔望远镜。1923年，哈勃就是用胡克望远镜发现仙女座等星系都是我们银河系之外遥远的“宇宙岛”，1929年观测到遥远天体的光波被“拉长”而向光谱红端移动，并且“红移”量和距离成正比，为宇宙膨胀理论找到最确凿的证据。此后更大的反射望远镜不断问世。1930年，施密特集中了折射和反射式望远镜的优点，制造出视场大、像差小的折反式望远镜。天文摄影技术也日臻成熟。观测工具的每次升级换代，都带来了天文学的新飞跃和大丰收。
牛顿反射式望远镜
第三代罗斯伯爵1.8米口径望远镜
1931年爱因斯坦在哈勃（中）陪同下观看胡克望远镜
1931年爱因斯坦在哈勃（中）陪同下观看胡克望远镜
帕洛玛天文台5.08米口径海尔望远镜
1962年西雅图世博会开幕式的设计可谓独出心裁和别开生面。正在佛罗里达棕榈滩度假的肯尼迪总统按动“金键钮”，首先触发远在缅因州安杜夫的大型射电望远镜，接收到10000光年外仙后座A超新星遗迹的电磁辐射，这是天空中强度仅次于太阳的射电源，再将信号转送到西雅图世博会场。刹那间无数声光电设备同时发动，2000个气球腾空而起。这一开启仪式无疑最能紧扣“太空时代的人类”主题，和1933年用大角星光线启动芝加哥世博会相比，天文学更加突飞猛进，“射电天文学”已经成为异军突起的全新分支。
1962年4月21日肯尼迪总统准备按动金键钮开启西雅图世博会 | 
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