一、新型天文望遠鏡
怎麼製造更好的天文望遠鏡呢？
望遠鏡是17世紀初期發明的，1608年荷蘭眼鏡製造者漢斯·利佩希獲得了用多片凸透鏡和凹透鏡組合發明望遠鏡的專利，但是那時人們隻滿足於用望遠鏡觀察遠處的山峰、森林和人群。伽利略在1610年把望遠鏡對準了夜晚的星空，第一個把它用於天文觀測，他驚訝地發現了月球明明暗暗的地方原來是高高低低的環形山，而在木星周圍，有兩個衛星像月亮一樣圍著木星不停地旋轉，他又把望遠鏡對準了銀河，發現那根本不是神話中的牛奶路，而是千千萬萬顆星星在閃爍著。他說：用望遠鏡觀察物體，“與用肉眼所見相比，它們幾乎大了一千倍，而距離隻有三十分之一”。
在這裏，伽利略過於樂觀了，他當時製造的望遠鏡的放大倍數最多不過幾十倍，遠遠到不了一千倍。但是他的發現使羅馬教會大為驚慌，他們鄭重其事地宣布，是伽利略給望遠鏡施了魔法，人們看到的，都是幻像，是絕對不存在的。
幾十年裏，為了能望得更遠，以得到更大的放大倍數，許多人致力於改進望遠鏡，曾經造出來近50米長的巨型望遠鏡，去觀測星空，但是，很快就出現了一個令人困擾的問題：望遠鏡的放大倍數越大，看見的影像就越不清楚。不僅影像的邊緣模模糊糊，位置也會變化。特別令人苦惱的是，在影像的邊上，總是出現彩色的輪廓，一顆小小的星星，有時竟會成為一個五顏六色的模糊光團，讓人什麼也看不清。這是什麼原因呢？是由於透鏡的形狀磨製得不精確，還是安裝得不好？很多科學家為此絞盡了腦汁。現在，我們知道這是由於透鏡的像差和色差造成的。
像差和色差是怎麼形成的？怎麼才能有效地避免它？這個問題不解決，望遠鏡就無法再改進。
減小像差，相對來說容易一些，磨製透鏡時更精確一些，裝配精度更高一些，就可以使像差減小。但是，讓人頭疼的色差，怎麼才能解決呢？
通過研究，牛頓發現了光的色散，他認識到，所有的透鏡截麵都相當於一個個小三棱鏡，隻要光線穿過這些小小的棱鏡，白光就不可避免地要發生色散，這就是形成色差的原因，消除色差，隻能讓光不通過透鏡。可是光不通過透鏡，就不能會聚，這樣就不能起放大成像的作用，也就不成其為望遠鏡，究竟怎麼辦，才能跳出這個令人苦惱的怪圈呢？
牛頓認真地翻閱自己的筆記，搜索著自己的記憶，幾天幾夜睡不著覺。能不能不用透鏡製造望遠鏡呢？這個想法剛一冒出來的時候，誰聽了都會大吃一驚，這種想法和不用腳就可以走路一樣簡直不可思議。但是細想起來，不用自己的腳，不是可以騎在馬背上，坐在馬車上，利用馬的四條腿，人不是也可以走路嗎，而且走得更快，更省力氣。
牛頓想起，曾經見到過一位英國天文學家格雷果裏的建議，不用透鏡，用凹麵鏡使光線會聚，同樣可以起到放大成像的作用。光在凹麵鏡表麵反射而不是折射，這當然不會形成令人頭疼的色散。格雷果裏還設想，在主要的凹麵鏡對麵的光軸上，再安裝一塊小小的凹麵鏡，把光線反射回來，穿過主凹麵鏡正中的小孔，人就可以觀測天體了。但是，格雷果裏提出這個想法以後並沒有實踐，他沒有動手做，也從來沒有聽說過有任何人做過類似實驗。所以這個設想一直靜靜地躺在一大堆的書籍中沉睡著。
牛頓分析了格雷果裏的設想，覺得是可行的，很有意義。他對這個設想又作了重大改進——不用第二塊凹麵鏡，而是在主光軸上安裝一個45°的小平麵鏡，把光線反射到鏡筒之外，人不就可以在旁邊觀測了嗎？
說幹就幹，牛頓在自己的房間旁邊的爐子上支起了坩鍋，他自己生火，熔化銅合金，自己做模子，鑄出來一個凹麵鏡的毛坯。
威金斯莫名其妙地看著牛頓：“你在做什麼呢？”
“做一個沒有色散的望遠鏡。”牛頓頭也不抬一下地回答。
“這，這可能嗎？”威金斯不相信。他看著牛頓用力按著那個小小的毛坯，一圈一圈地進行研磨，沙拉沙拉，磨啊磨啊，有時候一直磨到天亮。足足磨了幾天幾夜，才磨出一個亮得耀眼，表麵上沒有任何缺陷的凹麵鏡。
剩下的工作就比較簡單了。
牛頓製造了一個鏡筒，一個小小的平麵鏡和它的支架，安裝好以後，在鏡筒的相應位置鑽了一個孔。最後，把它裝在一個支座上。
牛頓迫不及待地等待著天黑。還好，這是一個晴朗的夜，無邊無際的夜空嵌滿了無數閃爍著的星星。
牛頓把自己製成的反射式望遠鏡搬到了屋子外麵，首先把望遠鏡對準了皎潔的月亮，他看見了什麼？興奮使得他喘不過氣來。他又對準了火星、土星……
夜色中的校園萬籟俱寂，突然傳來了一個高昂而激動的聲音，“快來！快來看呀！”原來是一向沉默的牛頓在院子裏高聲喊著。威金斯奔出去，他看見黑暗中牛頓的眼睛放著光芒，“你快看，看天空！”
威金斯馬上湊到望遠鏡旁邊，他立刻尖聲叫起來：“我看見了什麼？月亮的表麵有那麼多的山，還有平原呢，真清楚啊！”