为什么望远镜的放大倍数不如显微镜?

此外,透镜本身存在像差是一个无法完全避免的物理现象。成像过程可以理解为第一个透镜将物体成像在第二个透镜的物平面上,再由第二个透镜放大。为了消除一部分像差,往往需要牺牲其他部分的成像质量,导致剩余像差更加严重。

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说到像差,这确实是光学设计的死穴。显微镜为了看清微米级的结构,数值孔径做得很大,光路极其复杂,校正起来难如登天。望远镜虽然倍数看着高,但毕竟看的是远处的宏观物体,对分辨率的极限要求相对没那么变态。所以不是望远镜故意拉胯,而是物理定律在那儿摆着,想消除像差就得牺牲其他指标,这是妥协的艺术。

透镜像差确实是光学设计的硬伤,想要完全消除几乎不可能,只能做折中平衡。这也是为什么高端显微镜和望远镜内部往往要用多片透镜组来校正,成本自然就上去了。

确实,光学系统的极限往往就卡在像差上。显微镜为了追求极高分辨率,物镜数值孔径做得很大,球差和色差很难同时校正,稍微牺牲一点其他指标,整体画质就受影响。望远镜虽然也受衍射极限影响,但主要问题还是大气扰动和镜面加工精度,跟显微镜那种微观层面的像差权衡不太一样。

确实,物理极限就摆在那儿。望远镜看的是无穷远的目标,对光学系统的校正要求和显微镜完全不同,想无限提高倍数只能引入更多像差,最终图像反而模糊,这也是为什么高倍天文观测往往依赖自适应光学或者空间望远镜来避开大气干扰。