鏡面金屬

鏡面金屬（英語：Speculum metal）是一種白色而脆弱的合金，主要由約三分之二的銅和三分之一的錫混合而成。這種合金可以透過拋光製成高度反射的表面。從古至今，鏡面金屬被廣泛用於製造各種鏡子，從個人修飾用品到光學器材都有應用，直到現代以金屬鍍膜玻璃鏡取而代之。 鏡面金屬的成分通常是兩份銅和一份錫，再加入少量的砷。也有其他配方中含有銀、鉛或鋅。與青銅合金相比，鏡面金屬中的錫含量大約是銅的兩倍。考古學家和專家更傾向於稱之為「高錫青銅」，但這個術語也用於描述其他含有約20%錫的合金，例如鐘青銅（英语：Bell metal）。 製造大型鏡面金屬鏡子相當困難，而且這種合金容易氧化，需頻繁進行拋光。然而，在17世紀中葉至19世紀中葉之間，這是製造高精密光學設備所需的大型鏡子唯一實用的材料，直到玻璃鍍銀技術（英语：Silvering）的出現。 鏡面金屬主要應用於金屬鏡面反射望遠鏡，其中一些著名的例子包括牛頓反射望遠鏡（英语：Newton's reflector）、帕森斯敦的利維坦望遠鏡（英语：Leviathan of Parsonstown）以及威廉·赫歇爾用於發現天王星的望遠鏡。然而，這種鏡子無法像現代鏡子一樣反射大量光線，且容易氧化。 在中國，可能早在2000多年前，人們就掌握了將高錫合金的青銅材料製成堅硬、高光澤金屬的技術。這項技術可能也同時發展於西方文明。古代著作《普林尼的自然史》中或許也有相關描述。在歐洲中世紀，人們已經開始使用這種金屬製作鏡子，相較於一般的青銅鏡子，具有更好的反射能力且更不易氧化。然而，由於錫的價格昂貴，合金的成分必須準確控制。雖然當時和之後，這種鏡子通常被稱為「鋼鏡」，但實際上並不含有鋼材。 由於鏡面金屬過於堅硬，不適合進行壓花和鑲嵌（英语：Repoussé and chasing）等冷加工技術，但若用於鑄造小型物品，效果非常出色。因此，鏡面金屬也廣泛用於製作「黑暗時代的腰帶配件、扣環和胸針」等小型飾品，呈現出迷人的銀白色光澤。 在早期的歐洲，人們只知道硬銅鏡金屬可以作為良好的反射表面材料，用於製作望遠鏡。不同於家用鏡子，家庭鏡子的反射金屬層被塗覆在玻璃背面，並加上保護性的清漆。然而，望遠鏡需要一面可以製作成複雜拋物面形狀的鏡子（英语：First surface mirrors），以便實現所需的光學效果。這就是為甚麼在將近兩個世紀的時間裏，硬銅鏡金屬一直是唯一可以勝任這項任務的材料。早期的設計者詹姆斯·格雷戈里曾試圖製造他的戈里望遠鏡，但由於找不到能夠製作複雜硬銅鏡的工匠，他的嘗試以失敗告終。 1668年，艾薩克·牛頓成功製造了第一台反射望遠鏡（英语：Newton's reflector）。他的望遠鏡（後來被稱為牛頓反射望遠鏡）使用了他自己研製的直徑為33毫米（1.3英吋）的硬銅鏡金屬主鏡。與其他望遠鏡設計不同，牛頓簡化了鏡子的形狀，採用了球面。隨後，硬銅鏡金屬的組成得到改進，並在18世紀和19世紀用於許多反射望遠鏡的製造中。 雖然使用鏡面金屬鏡片的反射望遠鏡可以建造非常大的口徑，例如威廉·赫歇爾於1789年建造的直徑126厘米（49.5英寸）的「40英尺望遠鏡（英语：40-foot telescope）」和羅斯勋爵於1845年建造的直徑183厘米（72英寸）的「利維坦望遠鏡（英语：Leviathan of Parsonstown）」，但金屬材料的使用不實際，使得大多數天文學家更偏好較小的折射望遠鏡。鏡面金屬鏡片非常難以鑄造和塑形，只能反射66%的光線。鏡面金屬還有一個不幸的特性，就是在空氣中容易氧化變黑，對濕度敏感，需要不斷重新拋光以維持其有效性。這意味著望遠鏡鏡片必須不斷地取下、拋光和重新修整到正確的形狀。這有時候很困難，有些鏡片不得不被放棄使用。這還要求每個望遠鏡必須製造兩個或更多的鏡片（英语：Figuring），以便一個在拋光時另一個可以使用。夜間迅速冷卻的空氣會在大型鏡面金屬鏡片中產生應力，使其形狀失真，影響成像質量。羅斯勋爵的72英寸金屬鏡片上有可調節的槓桿系統，可以在無法產生可接受影像時調整其形狀。 在1856年至1857年間，卡爾·奧古斯特·馮·斯坦海爾（英语：Carl August von Steinheil）和萊昂·福科引入了一種改進型的鏡面反射望遠鏡技術，即在玻璃塊的前表面（即第一表面）上塗覆一層超薄的銀鏡層。相較於使用銅鏡，銀鍍玻璃鏡的反射效果更好，能夠反射90%的光線，並且不易氧化變黑。此外，銀鍍層可以被從玻璃上除去，因此即使鏡面暗淡，也可以重新進行銀鍍，而無需改變精確拋光的玻璃基底的形狀。與銅製鏡相比，玻璃具有更好的熱穩定性，能夠在溫度變化中更好地保持形狀。這標誌着銅鏡反射望遠鏡的時代結束，最後一台大型銅鏡反射望遠鏡是在1867年完成的墨爾本大型望遠鏡，其鏡面直徑為122厘米（48英吋）。隨後，大型玻璃鏡反射望遠鏡的時代開始，例如安德魯·埃恩斯利·科蒙於1879年建造的36英吋（91厘米）和1887年建造的60英吋（152厘米）反射望遠鏡，以及1908年建造的60英吋（150厘米）威爾遜山天文台哈勒望遠鏡，1917年建造的100英吋（2.5米）威爾遜山胡克望遠鏡，以及1948年建造的200英吋（5米）帕洛馬山哈勒望遠鏡。 Original mirror for William Herschel's forty-foot telescope, 1785. Science Museum. [2008-11-23]. （原始内容存档于2009-09-02）.  Meeks 2013，第63–65頁. Joseph & Lu 1974，第238頁. Anthropological Institute of Great Britain and Ireland 1934，第71頁. Osborne 1975，第570頁. Meeks 2013，第65頁. King 2003，第74頁. Chambers & Thomson 1875，第175頁. 牛顿望远镜系统中的光线传播建模. COMSOL. [2023-12-25]. （原始内容存档于2023-12-25） （中文）.  Pettit 1956. Time-Life Books 1990. Anthropological Institute of Great Britain and Ireland. The Journal of the Anthropological Institute of Great Britain and Ireland 64. Anthropological Institute of Great Britain and Ireland. 1934.  Chambers, Robert; Thomson, Thomas. A Biographical Dictionary of Eminent Scotsmen. 1875.  King, Henry C. The History of the Telescope. Courier Corporation. 2003 [2023-12-25]. ISBN 978-0-486-43265-6. （原始内容存档于2023-07-02）.  Meeks, Nigel. Patination phenomena on Roman and Chinese bronze mirrors and other artefacts. Susan La-Niece (编). Metal Plating and Patination: Cultural, Technical and Historical Developments. Elsevier. 2013 [2023-12-25]. ISBN 9781483292069. （原始内容存档于2023-12-25）.  Joseph, Needham; Lu, Gwei-djen. Science and Civilisation in China: Magisteries of Gold and Immortality. Chemistry and chemical technology. Spagyrical discovery and invention 5. Cambridge University Press. 1974. ISBN 978-0-521-08571-7.  Osborne, Harold. The Oxford Companion to the Decorative Arts. Oxford University Press. 1975. ISBN 0198661134.  Pettit, Edison. Astronomical Society of the Pacific Leaflets. The Reflector. 1956-12, 7 (331): 249–256.  Time-Life Books. Voyage through the universe: The Visible Universe. Time-Life Books. 1990 [2023-12-25]. （原始内容存档于2023-12-25）.  液体镜望远镜 19世紀最大的光學望遠鏡列表（英语：List of largest optical telescopes in the 19th century） 18世紀最大的光學望遠鏡列表（英语：List of largest optical telescopes in the 18th century） 國家污染物清單 — 銅及其化合物事實簡報