ニュートン式望遠鏡

ニュートン式望遠鏡は、アイザック・ニュートンにより考案された反射望遠鏡の一形式であり、筒の一方には何もなく開放状態で、反対側にガラスを磨いて凹面にした鏡があり、主鏡で反射され集められた光が焦点を結ぶ少し手前に斜めに配置した平面的な鏡を置き、光を直角方向に筒の外に出し、接眼レンズで拡大して目で見る方式の望遠鏡。

1. 概要
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アイザック・ニュートンによって考案され1668年に第一号機が製作され、当時、ケプラー式よりも性能が良くて好評となり、その後 広く普及することになった方式の望遠鏡である。

凹面鏡は放物面であるが、口径が大きくなく焦点距離が長い場合は球面との差はごくわずかであり、放物面にするのに非常にコストがかかるので、球面鏡を採用している市販品も多い。

「副鏡」は光軸に対して45度傾けてあるため「斜鏡」とも言い、その角度に配置された時に真円に見えるような楕円である。

主鏡・斜鏡ともアルミニウムなどで金属メッキしてある。高級品では熱膨張の少ないパイレックスなど耐熱ガラスを使う場合がある。

色収差がない特長を生かすため、一般に色収差の少ない高級な接眼レンズが使われる。

2. 発明と製作
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アイザック・ニュートンは色収差の補正が不可能であると考えて、屈折望遠鏡に未来はないと判断し、反射望遠鏡の開発に取り組み、凹面主鏡と、傾いた斜鏡の組み合わせによる望遠鏡を発明した。

発明「鏡を組み合わせて望遠鏡を作る」というアイディアならばすでにスコットランドのグレゴリーによって提案されていたが、グレゴリーのアイディアというのは現実味がなかった。鏡にあけた穴から人が覗き込む、というものだったので製作は困難だったのである。ニュートンはグレゴリーの案の問題点を解決すべくスケッチを描き、鏡を斜めに配置し筒の側面に穴をあけアイピースを配置する、という案にたどりついた。ここがニュートンの発明なのである。

製作開始、困難、完成。仕上がりの状態。ニュートンはこのアイディアを実際に試すことを決意した。この段階では、ニュートンが少年時代に親しんだ模型づくりの技術が役に立つことになった。 とは言え、眼の前には困難な課題が山積みの状態だった。凹面鏡やレンズといったものまで、すべて自作しなければならなかったのである。当時は現代と違って、科学用器具のカタログ販売や店舗販売などというものは無かったのである。

凹面主鏡はピッチ盤に酸化錫をつけて研磨することで実現した。1668年に第一号機を完成。実際に製作され完成した反射望遠鏡としてはこれが世界初である。それまで誰ひとりとして実現できていなかった「反射望遠鏡」というものを、実際に製作してみせたというところもニュートンの大きな成果である。

ニュートン自身の著作『光学』によれば、鏡は銅と錫の合金に銀を少し混ぜた金属鏡であり、主鏡直径は2インチ=約50.8ミリメートル、厚さ約1/3in、焦点距離は6.25in。A.ケーニヒ『望遠鏡と測距儀』では口径34mm、焦点距離159mm、倍率38倍となっているが、この食い違いについて吉田正太郎は「鏡径2インチ、焦点距離6.25インチではF3.125ですから、当時の技術では放物面の研磨は不可能にちかい」「よく磨けた部分だけを、直径38mmに絞ったのかもしれません」と推測している。

一般にニュートン式の斜鏡は45度であることが多いがこの時には斜鏡の傾きは正確な45度ではなく、またピント調整は蝶ネジで主鏡を動かす点が特徴的である。

なお王立協会が所有している、大きな球関節に取り付けた望遠鏡の写真をよく見かけるが、これは1766年にヒース・アンド・ウィングが製作した模造品であることが1980年頃に判明している。1978年にイギリス1ポンド紙幣の図柄になったのもこの模造品である。

なお、この最初の製品で何を見たという記録は残っていない、とも。ニュートンは惑星の観測を行った、とも。

性能の良さと反響出来上がった反射望遠鏡は大成功の出来栄えであった。とてもコンパクトで、わずか8インチのサイズだったのに、旧来のレンズを組み合わせた方式の長くて大きな望遠鏡よりも、むしろ鮮明で大きな像が見えたのである。ニュートンはその性能の良さをバローにデモンストレーションしてみせた。バローは1671年にこの反射望遠鏡をロンドンに持ってゆき、何人かの要人に見せた。その中には、イングランド国王のチャールズ2世もいた。チャールズ2世は科学の進歩についてゆくことを切望していたのである。

1671年には改良した第二号機を製作し1672年王立協会の例会に提出し説明をし、1672年3月25日号の会報に掲載され、非常な好成績を収めたためニュートンが会員に推薦される理由となった。

3. その後
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1722年になってジョン・ハドリーが口径15cm焦点距離150cmを製作、これが当時使われていた口径15cm、焦点距離40mの空気望遠鏡と同じ性能を持っていると実証されたため、この後反射望遠鏡が非常に発達した。この望遠鏡は現代とほとんど同じ経緯台式架台に搭載されていたが、平面副鏡と接眼レンズが一体として動いて合焦させるという、光学精度の面から見れば未成熟な構造である。

4. 天体望遠鏡の中での位置づけと特徴
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天体望遠鏡として最も一般的で、代表的な存在副鏡が平面であり、カセグレン式望遠鏡のように鏡に穴をあける必要がないため他の反射望遠鏡との比較では製作や、光軸合わせが容易であり、接眼レンズを使用し実視で観測する場合には一番広く使われている形式である。

特徴経緯台式架台に載せる場合、接眼レンズは常に水平に覗けるので楽な姿勢で観測できる。赤道儀式架台に載せる場合は接眼レンズの向きが変化するので、その軸の回りに鏡筒を回転させる構造になっていた方が良い。

観測する方向と接眼レンズを覗く方向が違うためファインダーは必須である。

ケプラー式望遠鏡との比較屈折望遠鏡の代表的存在とされるケプラー式望遠鏡との比較では大口径の製品を安価に制作でき、口径60mmのケプラー式望遠鏡と同じような価格で100mmのニュートン式望遠鏡が購入できる。口径が同じならば三脚が低く済むため小型になる。天頂付近の観測姿勢が楽。

同じ口径ならケプラー式望遠鏡の方が安定して見えるという意見もある。筒の片方が開放なので筒中と外気温に差があると気流が起きて像の見え方が悪くなるため、冬の寒い時は観望1時間ほど前に庭に出して据えておいた方が良い。対物レンズの出来が悪いケプラー式望遠鏡は絞って使えば何とかなるが、主鏡の出来が悪いニュートン式望遠鏡はどうしようもない。天体に対し横向きで観望するため、慣れないと天体を探すのは困難である。

注意点この望遠鏡は大型の場合、特に天頂付近を見る場合、観測者の地面や床面からの位置が高くなる。そうなると補助的な構造物が必要となったり、転落しないように注意も必要となる場合がある。

5. 下位分類
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一般に架台というのは任意であり、赤道儀式架台にのせてもよいし、素朴な2軸式の架台にのせてもよいし、1軸の架台にのせてもよいし、球状の「自在ジョイント」にのせてもよいわけであるが、ニュートン式望遠鏡のうち、特に経緯台式架台をもつものは特に「ドブソニアン望遠鏡」と分類されている。ドブソニアン望遠鏡も光学的な原理はニュートン式望遠鏡そのものなので、ニュートン式望遠鏡の一種である。

6. ギャラリー
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さまざまな架台

7. 注釈
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8. 出典
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9. 参考文献
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吉田正太郎『天文アマチュアのための望遠鏡光学・反射編』誠文堂新光社 ISBN 4-416-28813-1
吉持健『天体望遠鏡の作り方』日本放送出版協会
天文と気象別冊『天体望遠鏡のすべて'81年版』地人書館