望远镜知识在晚清的传播

望远镜是一种利用透镜光学原理制成的用以观测远物的光学仪器，其发明与发展于人类生产生活意义匪浅。晚清时期，随着国门的开放，望远镜知识在华得以较为广泛的传播，刷新了国人的闻见。

一

早在晚明望远镜已传入中国。据考证，当时来华耶稣会士阳玛诺（Emmanuel Diaz）所撰《天文略》（1615年）最先将望远镜知识介绍到中国，汤若望（Johann Adam Schall von Bell）所撰《远镜说》（1626年）为首部用中文撰写的全面介绍望远镜的著作。降至清代，望远镜不仅为士人钟爱，更成为清宫重要藏品。乾隆帝有《千里镜》诗赞其奇妙曰：“巧制传西海，佳名锡上京。……能以遥为近，曾无浊混清。”大学士阮元作《望远镜中望月歌》，以神来之笔描摹了用望远镜赏月的感受，有“若从月里望地球，也成明月金波色”之句。

望远镜到底是何人所发明，难以究诘。但一般认为，望远镜是由荷兰米德尔堡眼镜师汉斯·李伯希（Hans Lippershey）于1608年发明的。同年，另有荷兰眼镜师查卡里亚斯·詹森（Zacharias Jansen）、雅可比·梅提斯（Jacob Metius）也声称发明了望远镜。意大利物理学家伽利略闻讯后，细究其理，于1609年制成折射望远镜，并用于观察星象。披览晚清文献，大略已叙明如上史实。例如：《时务报》有文曰：

1608年有李伯希、詹森、梅提斯等荷兰人先后向政府申请望远镜发明专利，但因无法确定何人为原创，未予允准。翌年，法国巴黎已有人出售望远镜。前人多谓意大利天文学家伽利略发明望远镜，其实只是闻讯而仿制。望远镜之创始虽可确定于1609年，而其“思想创始于何时，无从征考矣”。

对于李伯希制作望远镜的缘起，《益闻录》有文概述曰：大约在1600年，荷兰眼镜师李伯希之子取老花镜片和近视镜片玩耍，偶将其叠置于目前，竟望见远处教堂上之铜鸡“大且近也”。由是李伯希将两块透镜装在圆筒内，制作出望远镜。《中西教会报》也述及这一史实，略曰：明万历年间，荷兰眼镜师李伯希的两个幼子，“借父之玻璃凸镜二块，以为玩物。无心之时，将此镜与彼镜相离尺余远，彼此二镜合对，以窥礼拜堂高塔。……该童俄而呼父曰：我镜中堂塔近矣，不知镜外之远也。其父急出，按该童持之法窥之，见塔果近。如是李君因成定法。此千里镜创始之由也”。李伯希望远镜由大小两管构成，小管置于大管内，“可屈而短，可伸而长。每管置一凸镜，欲窥近物，则略伸长；欲窥远物，则略屈短，谓为观远镜”。

对于伽利略制作望远镜的缘起，《益闻录》《格致汇编》皆谓其闻听李伯希制作信息后仿制。前者曰：伽利略闻讯后，“当即躬自试验，不一昼夜而得远镜法。其始镜中窥物，大于物只四倍，其继六倍、七倍，又其继至三十倍。于是援镜观天，不久而见月上高山、日中染色处，木星四周随行小星。是为观星士之作俑者”。后者曰：伽利略“闻此奇异，从而细考其理法，以二玻璃磨制成镜，镶于大筒之两端，对窥远物，即转而为近。索观者成群结队而来，莫不诧为见所未见。嗣携此镜，登礼拜堂塔顶，窥视周遭，无不历历在目，此远镜起兴之始也”。

据《益闻录》等文献所述，伽利略所制望远镜是一架由一个目镜（凹透镜）和一个物镜（凸透镜）构成的折射式望远镜。“第一次所用之镜，长二尺七寸有半，径口一寸四分之三。寻自创一大镜，长五尺，径口二寸，放大力三十三倍。”伽利略望远镜虽无“华美可悦人目”，但他借此发现诸如太阳表面的黑子、月球表面凹凸不平的环形山、木星的四颗卫星、金星的圆缺变化等天文现象。《新民丛报》道及这一史实曰：伽利略“创造千里镜，以上观天象。考出木星之卫星（即绕木星之月也），又知月中有山，知天河为众星集合之地，知土星有光环绕之。因见太阳之黑点，而知其绕本轴自转，遂敢犯旧教之所忌，遽将歌白尼之说公之于世”。《中西教会报》也述及此事：伽利略利用望远镜“得证日面有点，见点动，则知日轮时转动；又证明月面之黑点，山谷也；又证水星有圆有缺，若月轮然；又觅得木星亦有数月轮围行，若地球有一月球轮围行然；又见中国所谓银河，即无数远星”。因此，伽利略虽然不是望远镜的最早创始者，但率先利用望远镜“仰察天文者”，故学界一般将其视为望远镜之“鼻祖”。

二

作为一种利用光学原理制成的观测远物仪器，望远镜的最基本组件为物镜和目镜。顾名思义，物镜就是由若干透镜组成的接近景物之镜，而目镜即是由若干透镜组成的靠近人目之镜。望远镜的基本成像原理是，物镜把来自远处景物的光线，在它的后面汇聚成倒立的缩小了的实像，然后经目镜将其显现为正立的放大了的虚像。对于望远镜的成像原理，晚清文献多有介绍。《益闻录》有文述望远镜成像过程曰：

望远、视微各镜……其效概在二坯：一曰向物坯（物镜），一曰近目坯（目镜）。向物坯受外物折射之光，聚于首芒，汇成一小像。近目坯将此像扩大而传之于目。惟向物与近目，间或迭置数坯，以大其力，亦以阻像边杂形。

《格致汇编》也有文比较清晰地阐述了物镜和目镜的成像原理：

凡远镜最简者，必有二镜：一物镜，即能收所看物象，此象必由远观其镜，始得清晰。因有不便，故另加一镜，谓之目镜，即人目可于较近之处看清物镜之像。此镜二面凹直，置于合宜之距，即为最简之远镜。……目镜所看之像为物镜像之倒影，此影能看之大，常与镜之凸面有比例。假如物镜成像距物镜六寸，目离物镜六寸观之，则见像与本物同大而毫无异处。如加目镜，能令目离像不过一寸，即看清晰，则必比看本物大三十六倍，即四面各放大六倍也。故如本物相距六里，以此二镜窥之，俨与相距一里者同。成像愈离本物，其镜光距愈大；又目镜愈能令目与像相近，则物影愈能放大，即远镜放大之力愈大。如将此二镜镶于一筒两端，即为最简之天文镜。

在阐明望远镜成像原理的同时，该文还介绍了计算望远镜放大倍率的基本方法，即“欲求放大之力，则以目镜光距约其物镜光距，约得者为镜能增放之倍数”。也就是说，望远镜放大倍率等于物镜焦距除以目镜焦距。

根据光学原理，望远镜大体可分为折射式与反射式。前者以凸透镜为物镜，如伽利略望远镜和开普勒望远镜；后者以凹面反射镜为物镜，如牛顿望远镜和格雷戈里望远镜。《中西闻见录》有文论及这两类望远镜的不同，大略曰：折射镜内置目镜、物镜各一，凡测一物，物镜“仅能生其倒象，而目镜则又能大其象而显之焉”。反射镜有格雷戈里式和牛顿式，前者内置回光凹镜和透光凸目镜，后者则“以目镜置于筒之旁边”。反光镜“以凹鉴借光送于目中，故人背天而视”；折光镜“向天直视，光透入镜中，被折而聚。反光镜虽极大易作，以凹面不难制也。折光镜大则甚难……以故折光远镜大者甚少”。

折射式望远镜的优点是焦距长，缺点是有色差。因此，自伽利略推出折射望远镜后，有人陆续制成各式能够消除色差的反射式望远镜。1663年，苏格兰天文学家詹姆斯·格雷戈里（James Gregory）率先提出反射式望远镜制作方案，但因制造技术限制而未获成功。1668年，牛顿按照这一方案，推出第一台反射式望远镜，史称牛顿式反射望远镜。1672年，法国人卡塞格林（Laurent Cassegrain）又设计出一种新的反射式望远镜，此即现今通用的卡塞格林式反射望远镜。1776年，赫歇尔制成大型反射望远镜，用于巡天观测。《格致汇编》述及如上史实，并介绍了各种反射望远镜的制作方法，略曰：

格雷戈里率先提出制作反射望远镜的思路，牛顿据此制成首台反射式望远镜。此镜比采用透镜将物体放大的倍数要高数倍，其制法是：在“大筒内端置大回光镜，径与筒内径等，远物所来光线进筒口，遇大回光镜，回其光线，聚于筒口近处，成一聚点，于此处作一小孔，并斜置小回光镜，人目由小孔觑斜置小回光镜，可免人首当筒口而遮光之弊。此种远镜，放大之力等于回光物镜与回光目镜二光距相约之数”。格雷戈里望远镜之制作略同于牛顿望远镜，“惟其小回光镜不斜侧而直置正对大回光镜之心，大回光镜心作圆孔，令小回光镜回光过此孔，遇折光目镜收其影入人目，与折光远镜同”。卡塞格林望远镜系由两块反射镜组成的一种反射望远镜，其造法与“格雷戈里式”相似，“惟小回光镜以凸代凹，故其筒可更短，惟其目镜显倒影，不甚便用”。赫歇尔望远镜，只用“一大回光镜，斜置筒底，令光线回行至筒口之边，于此处置折光目镜。窥之，人首即光不遮筒之光，惟其回光镜斜置，成影不免稍歪”。

三

伽利略之后，学者们不断致力于望远镜性能的改进，“创绝大千里镜者辈出”，其中最具代表性者有如下数种，晚清文献皆予以介绍。

一是由英国天文学家赫歇尔（Friedrich Wilhelm Herschel）设计制作的大型反射式望远镜。《中西教会报》《上海新报》等既介绍了赫歇尔的生平事迹，又概述了这架望远镜的形制和功能。据其所言，赫歇尔生于德国汉诺威，后移居英国。初为乐师，后“由乐而及数学，由数学而及于光学，由光学而及于天文”，平生所造望远镜多达五百多枚。1789年，他研制出一台形似大炮的大型反射式望远镜。其“面径四十九寸半，厚三寸半，重二千一百十八磅，镜筒以铁为之，径四尺有奇”。其“视力率一百九十二，较目力所及远一百九十二倍”。观察天象时，需要三人同时操作，“一人在上端下视而测之，一人在旁以书记，一人在下以运机”。利用这架望远镜，赫歇尔发现了土星的两颗卫星和天王星及其两颗卫星等现象。遗憾的是，由于此镜“露置无遮盖，久而雨日淋炙，架坏。道光三年其子遂毁之”。

二是由罗斯伯爵、爱尔兰天文学家威廉·帕森斯（William Parsons）所造史称“帕森斯顿的列维坦”（Leviathan of Parsonstown）的大型望远镜。《中西闻见录》《益闻录》《万国公报》等刊皆述及这架望远镜的形制。依其所述，罗斯望远镜安置于罗斯伯爵的爱尔兰领地上。其建造历时3年，耗费达3万英镑。“自创始至告成，皆独立任之。既成，天学家受益不少，故群称之且感之。”此镜“重四吨，管长五十尺，镜口中径八尺，人能出入其中，挥臂游行，毫无阻碍”，“镜力较目力大十三万倍”。以此观察天象，“不但日月行星，如在目前，并恒星之为单为双，为三为四，为何色，亦无不明。……其尤奇者，如星气星林等，皆浑然一片，不分颗粒而有此镜窥之，即其中极小之星，亦历历在目也，岂不奇乎？”它架设于高56英尺、长72英尺的墙体间，其体量虽然超过赫歇尔望远镜，“坚固而重”，但“可以一手任意转之”，其操作“全恃乎轮，转移不须费力，而上下四方，无不可见”。

三是美国光学大师克拉克（Alvan Clark）所制美国海军天文台望远镜。克拉克本以肖像画为业，后改业镜片磨制，技艺超群。1873年，他为美国海军天文台制成一架巨型折射望远镜。据晚清文献介绍，此镜造价四万四千美元，镜“筒长三十四尺，径二十六寸”，其重量虽达四五吨，“人以手按之，自能动转。若无人拨动，亦能自转，一日一周。其器倚于旋架，便于四方观察。如在辰刻以镜测某星，停至酉刻再测其星，镜仍相对，盖其机能随天旋转故也”。1877年，美国天文学家霍尔（Asaph Hall）利用它发现了两颗火星卫星，即“福波斯”“德莫斯”。

四是俄国圣彼得堡普尔科沃天文台（Pulkovo Observatory）的折射式望远镜。该天文台开办于1839年，1885年添置一架由克拉克制作的折射式望远镜。据《益闻录》《格致汇编》等刊介绍，此镜造价达130万法郎，“物镜径略十五寸，光距二十二尺半”，可谓“十九世纪中天文台之镜最大者”。

五是美国利克天文台（Lick Observatory）的折射望远镜。利克天文台位于加利福尼亚汉密尔顿山顶，由美国富商利克捐建，台上安置由克拉克父子制作的大型望远镜。晚清文献述及利克天文台的兴建缘起，并详述这架望远镜的形制和性能，大略曰：

此镜“物镜径三十六寸，光距五十六尺，重五百三十磅，镜筒长五十七尺，中径四尺，两端径三尺有余。以最坚铜板为之，其大力目镜能放大三千三百六十倍径，即略一千一百三十万倍面积。用以窥月，宛似离地仅二百英里之遥”。此镜转动灵活，“一人之力，足以动之”，自其建成后，“造台观天甚众，沓往纷来，日夜不息”。美国天文学家巴纳德（Edward Emerson Barnard）谓“游历各国天文台，究其所用一切窥测之器”，未有如是之精良者。天文学者利用此镜“新得双星一百座”，查出银河中星星“一万二千，其间旋转之星甚多”。

六是德国柏林特雷普托天文台（Treptow Observatory）的望远镜。此天文台兴建于1896年，爱因斯坦曾在此向公众讲解相对论知识。该天文台装有一架折射望远镜，镜面口径68厘米，焦长21米。1911年，《通问报》登载此镜信息，略曰：德国柏林附近之特雷普托天文台新置一绝大望远镜，其体长六十八英尺，口径七十英尺，超过利克望远镜，“真一世界无二之大千里镜也”！

七是美国叶凯士天文台（Yerkes Observatory）的折射式望远镜。该天文台是在美国富商叶凯士（Charles Tyson Yerkes）的捐助下，由美国天文学家海耳（George Ellery Hale）于1897年创立的。它位于美国威斯康星州威廉斯湾（Williams Bay）的芝加哥大学，内置由光学家克拉克制作的大型望远镜，较利克望远镜“尤巨尤美。”1898年，《格致新报》登载其创建消息：“美国筑有天文台，其千里镜围有四十寸，乃天下至大之千里镜。……从此美国天文之事，当更上一层矣。”同年，《岭学报》报道其建设情况，略谓：此镜重七十六吨，口径四十英寸，能够转动。天文学家巴纳德近抵叶凯士天文台，“试验此镜，偶见众星中多有为天文家所未识者，皆此镜视远为明之力所致也”。1902年，《南洋七日报》介绍这架望远镜的性能，谓其“实全球无比之宝，所装透镜，制法极精巧，用此观测天文，则一带银河，星宿可数，一抹云霞，水粒可辨。古来辽远深阻，难于测知者，今可一目了然。其裨益于格致也大矣”。1905年，《大陆》也有文介绍此镜，谓其“实系现今世界中最大者。如用斯镜望天体，在天气晴朗、绝无阴翳之日，则显有三千七百五十倍之大云”。

八是美国加利福尼亚威尔逊山天文台的胡克望远镜。该镜是在美国富商胡克（John Daggett Hooker）的赞助下，由光学家海耳制作的。制作工作始于1907年，至1917年方得告竣。这是一架口径达100英寸的大型反射式望远镜。1907年，《万国公报》报道了其筹建消息，大略曰：

美国最大望远镜原为利克望远镜，其口径为30英寸；其后旧金山天文台建造叶凯士望远镜，其口径为40英寸。近来有人集成巨款，拟造更大望远镜，其口径达100英寸，聚光管长50英尺。建成后将安置于“旧金山高尼基书院中之天文台上，以供测远之用。……此镜之关系至重，将来成功之后必能于天文学界大放异彩，实为辅助世界进化之利器也”。

同年，《图画新报》也报道这则信息云：美国洛杉矶有富翁拟出资建造一极大望远镜，“其直径有一百寸，长五十寸。世之大千里镜，其直径大约以六十寸为度，……此更大至一百寸，将来建筑置镜之架，其繁费可知矣”。此镜建成后，美国天文学家哈勃（Edwin Powell Hubble）曾利用它取得宇宙膨胀的证据，提出所谓“哈勃定律”。

除了上述天文望远镜外，晚清报刊还述及其他高倍望远镜。如《协和报》在阐述望远镜发展史时，提到17世纪时制造的几种望远镜：一是由意大利眼镜制造商、天文学家康帕尼（Giuseppe Campani）制造的“长五十八迈当，放大力一百五十倍”的望远镜；二是由法国天文学家奥祖（Adrien Auzou）制造的“长一百迈当，加大力六百倍”的望远镜；三是由法国天文学家卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）制造的“放大力一百五十倍”的望远镜。《万国公报》介绍了法国物理学家傅科（Jean Bernard Léon Foucault）、天文学家沃尔夫（Charles Joseph Étienne Wolf）为巴黎天文馆建造“长四十九尺，对径六尺五寸”大望远镜的信息。《益闻录》介绍了奥地利维也纳天文台，法国巴黎、马赛、土伦天文台以及英国私家所藏几具大型反射、折射式望远镜。

以上所述皆系天文望远镜。此外，晚清文献还刊载了有关军用、日用望远镜的信息。如：1899年，《知新报》报道了美国威斯康星大学研发出一种军用望远镜，“有此镜则炮烟虽微，亦可远见，战部衙门行将在华盛顿试验其利用与否”。1906年，《通问报》报道了英国“非洲总督”排盾保卫所创“无管远镜”，“用一凸镜，径二寸半，聚光点距镜长六尺，则可置于一杆之端，而随意窥之，所见之物约可较寻常加四倍，惟用于天文则嫌不足矣”。《政艺通报》《万国公报》《重庆商会公报》等也先后登载了这一消息。1911年，《真光报》报道了俄人发明的一种“电光望远镜”，此镜有“电眼”一对，“如设于一处，则远处各物，皆可见。倘工厂司事，设电眼于办公室，则可以见各工人之勤惰。如设眼于住室，与戏院相通，则可以见戏院之所演。如遇两国开战，设此电眼，则两军如在目前云。是则科学界之佳话也”。显而易见，这种“电光望远镜”类似于今天安设于街道、场馆等处的“监控摄像头”。

四

望远镜是一种兼具实用性和娱乐性的光学器械，不仅可以用以天文观察、军事侦察、安防监控，而且可以让人远距离观测各种景观，增加生活的趣味性，晚清文献对此亦有所反映。据西报载，西方有人用望远镜将“各大行星照影为像，以便留存日后考察”。

望远镜知识在晚清的传播，拓展了国人的视界，时人对其多有赞赏。如《益闻录》有文曰：千里镜“上窥浑圆之天，下观山川人物，远近之奇，几疑缩地而来，供目中快睹而毫发无憾，令人不可思议！”《协和报》有文曰：“千里镜，超地球，罗天空，开往古秘密不启之钥，以昭示人群，将天空中无量星球之形状与其经行之轨道，一一摄近于人前，为研究万类进化之资料，由凿空而征实，凭理论以呈功，实世界最奇之思，最伟之业矣！”《益闻录》有诗咏望远镜曰：

测远以千里，居高若尺咫。

器长及一丈，镜穴容一指。

迎眸极意窥，万象皆在此。

其中放光明，阴晴却异视。

倘移百层台，齐州九点尔。

奈何须弥内，毫发鉴如水。

可知缩地方，当前吾堪侈。

《著作林》亦载诗两阕，以赞望远镜：

其一

展开远镜胜乘风，

览遍西湖又浙东。

探海错疑千里近，

计程但觉四方通。

高峰叠翠鸟愈白，

远树青遮花更红。

试问苍苍洋面照，

轮舟来去似飞蓬。

其二

测镜初开内地风，

登高照彻浙西东。

敢夸游目穷千里，

胜觅奇书读九通。

苕水分来穿树绿，

赭山送到隔江红。

遥瞻亲舍如峰下，

忍使行踪类转蓬。

晚清时期，国内所传播的望远镜知识虽然浅显，但已将望远镜的历史沿革、制作动态和制作原理等内容呈现于读者面前。对“风气未开”的晚清社会来说，这些超越“经史词章”的新知，一定程度展示了近代西方科技的进步，拓展了国人的认知边界，也推动了晚清社会思想观念的变化，其意义未可忽视。

作者单位：中央财经大学