天文望远镜按照光学结构不同，可以分为两大类：折射式和反射式。最早的望远镜利用透明镜片对光的折射作用来成像，这就是“折射望远镜”。伽利略首次用于天文观测的折射望远镜就称为“伽利略式”望远镜。折射望远镜存在多种像差，特别是一种叫作“色差”的像差可以说是折射望远镜的天生缺陷，它会把一个点变成一个色斑。当时减小色差的方法只有将焦距变长，于是人们制造了很多镜身极长的折射望远镜，例如17世纪的著名天文学家赫维留斯制造的一架折射望远镜，长达40多米，使用起来十分不方便。
色差是由于玻璃对不同颜色光的折射率不同造成的。牛顿发现了完全克服色差的方法，即不让光线在玻璃的内部产生折射，而是通过凹面镜的反射来成像。据此牛顿设计出一种望远镜，后来称为“牛顿式”望远镜，这种望远镜没有用透明的玻璃片，而是用了一块凹的球面反射镜。球面反射镜与透镜一样，也可以汇聚光线。用它制成的望远镜叫作“反射望远镜”。
牛顿式反射望远镜光路示意图
牛顿曾经预言折射望远镜无法解决色差问题。不过，后来人们用不同种类的玻璃结合在一起，制作出了消色差的折射望远镜，甚至是高级的复消色差望远镜。这些望远镜成像比当时的反射望远镜更明锐，观测视场更大，成为天体照相和天体测量的利器。然而，随着人们需要口径越来越大的望远镜来探测暗弱的遥远天体，折射望远镜又变得力不从心了。由于光线要进入玻璃的内部，这对镜片内部质量的要求很高；消色差的望远镜物镜至少包含两片镜片，这样就需要研磨四个表面；镜片又厚又重，不但增加了镜筒的负担，还对光线存在严重的吸收。目前，世界上最大的折射望远镜口径为1.02米，是100多年前建造的，安装在美国的叶凯士天文台。此后人们再也没有尝试建造更大的折射望远镜。
相比之下，反射望远镜对光线没有严重的吸收，制造起来也简单许多，可以把口径做得很大，于是成了当今世界大多数天文台的选择。20世纪中期，5米级的反射望远镜已经投入观测，并且带来了许多重要发现。20世纪末，人们制作了10米级的反射望远镜，如今科学家又在努力研制30米甚至40米口径的反射望远镜。在“口径为王”的专业望远镜中，如今理所当然成了反射望远镜的天下。（姜晓军）
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