簡介
牛頓式反射望遠鏡反射望遠鏡中常用的有牛頓系統、卡塞格林系統、格雷戈里系統等。現代的大型反射望遠鏡，大都通過鏡面的變換，在同一個望遠鏡上得到不同的系統，以用於不同的觀測項目。牛頓系統是反射系統中最簡單的光學系統。為了消去球差，主鏡一般製成拋物面。但當相對孔徑減小到1/12以下，主鏡可製作為球面。它的結構簡單，磨製比較容易，成本低廉。國內外愛好者自製的天文望遠鏡大多採用此系統。但由於軸外像差較大，視場不宜做得過大，且眼望方向與鏡筒指向方向不一致，使觀測者尋星較為困難。但是，相對孔徑較大的拋物面牛頓系統，往往被採用作為口徑較大的物鏡系統，其像質優良，光力強對拍攝視場不大的視面天體十分合用。
發明歷史
牛頓發明的天文望遠鏡第一架反射式望遠鏡誕生於1668年。最初牛頓遇到了一個難題：當入射光線被凹面鏡會聚之後，會在焦點出形成圖像，此時要如何看到這個圖像呢？牛頓經過多次磨製非球面的透鏡均告失敗後，決定採用球面反射鏡作為主鏡。他用2.5cm直徑的金屬，磨製成一塊凹面反射鏡，並在主鏡的焦點前面放置了一個與主鏡成45度角的反射鏡，使經主鏡反射後的會聚光經反射鏡以90度角反射出鏡筒後到達目鏡。這種系統稱為牛頓式反射望遠鏡。它的球面鏡雖然會產生一定的象差，但用反射鏡代替折射鏡卻是一個巨大的成功。當牛頓製作出第一個可以實際使用的反射望遠鏡之後，大約在1689年就成為產品，開始批量的生產了。
牛頓式望遠鏡的設計簡單而優雅，直到今天其基本結構也沒有改變反射望遠鏡在天文望遠鏡中套用十分廣泛。由於這種系統對玻璃材料在光學性能上沒有特殊要求，光線不需透過材料本身，而重量較輕無色差又是反射鏡的一大優點，因此大口徑的望遠鏡都採用反射式。但是反射物鏡表面精度對光程的影響是雙倍的，如果僅由一個反射表面來成像，則此表面所需的精確度（垂直入射光）比單個折射表面的精確度要高四倍。可見反射表面磨製的要求是很高的。再加上需經常重新鍍反射面及部件組裝、校正的困難，反射系統在科普望遠鏡中套用受到限制。
原理及作用
這種望遠鏡通常利用一個凹的拋物面反射鏡將進入鏡頭的光線匯聚後反射到位於鏡筒前端的一個平面鏡上，然後再由這個平面鏡將光線反射到鏡筒外的目鏡里，這樣我們便可以觀測到星空的影像。
優缺點
優點
牛頓由於反射鏡的造價要比透鏡低的多，因此對於大口徑的望遠鏡來說，經常做成反射式的，而不是笨重的折射式。
攜帶型設計的反射望遠鏡，雖然鏡筒只有500mm，但焦距卻可以達到1000mm。
牛頓式反射鏡的焦比可以達到f/4到f/8，非常適合觀測那些暗弱的河外星系、星雲。
有些時候用這種望遠鏡觀測月亮和行星也是很適合的。
如果要進行拍照，使用牛頓式望遠鏡時非常好的。但是使用起來要比折反式望遠鏡要麻煩一點。
牛頓式結構可以很好的會聚光線，在焦點處得到一個非常明亮的像。
缺點
開放的鏡筒式的空氣可以流通，這樣不僅會影響到成像的穩定度，而且一些塵埃會隨著流動的空氣進入鏡筒並附著在物鏡上，長此以往會破壞物鏡表面的鍍膜，使其反射力下降。
由於這種結構的物鏡比較容易破裂，所以使用的時候需要倍加小心。
對於偏軸的光線，牛頓式望遠鏡會產生彗差。
這種結構的望遠鏡不適合於對地面景觀的觀測。
通常牛頓式望遠鏡的口徑和體積都比較大，因此價格也比較昂貴。
由於加了一個二級平面反射鏡，所以會損失一些光線。
牛頓式望遠鏡的發展
牛頓式天文望遠鏡從牛頓製作出第一架反射望遠鏡到今天，300多年過去了，人們在其中加入了其他的設計，產生了許多的變形。例如，在牛頓式望遠鏡中加入一組透鏡，就產生了施密特-牛頓式，除此之外，還有許多的變形，但他們的基本結構都是牛頓式的。
在今天，世界上一些最為著名的望遠鏡都是採用牛頓式的結構。例如，位於巴樂馬山天文台的Hale天文望遠鏡，其主鏡的尺寸為5米；W.M. 凱克天文台的Keck天文望遠鏡，其主鏡由36塊六角形的鏡面拼接，組合成直徑10米的主鏡；還有哈勃太空望遠鏡，也是牛頓式望遠鏡。
使用
牛頓式反射望遠鏡光軸的校準
反射鏡的光學系統中有兩個光軸：物鏡光軸和目鏡光軸。主鏡（物鏡）光軸平行於主鏡筒的軸線，經過副鏡（小平面鏡）；目鏡光軸垂直於主鏡筒軸線，也經過副鏡。當兩個光軸都經過副鏡上的同一點，且被副鏡反射後兩條軸線完全重合，也就是成了一個光軸，那么光軸就算調好了。
在缺乏檢驗儀器時，可以通過實際觀測來判斷光軸是否調好。找一個大氣寧靜度較好的晴夜，用望遠鏡的最高倍率（用毫米表示的主鏡的直徑數）看一顆恆星（如果沒有赤道儀則可以看北極星）。把星點放在目鏡視場中心（以減少目鏡帶來的像差），仔細調整焦距，從焦點外調到焦點，然後調到焦點內。
在焦點上星像是否凝結得很實、很細、很銳利，散焦後衍射環是否是同心圓，這些都反映瞭望遠鏡的像質。如果散焦後可以看到幾圈衍射環，但完美，四周均勻地帶有一些“毛刺”，這說明反射鏡面的精度稍差，但光軸調整的還是好的。如果散焦後星點變成了一個小的扇形，而且在目鏡視場中移動星象，扇形的發散方向不變，這說明望遠鏡的光軸需要調整了。
光軸調整步驟及輔助工具
光軸調整可按如下步驟進行：
調節目鏡調焦筒，使之垂直於主鏡筒軸線
調節副鏡，使之位於主鏡筒軸線上
調節副鏡，使之位於目鏡調焦筒正下方
調節副鏡指向，使目鏡光軸經副鏡反射後指向主鏡中心
調節主鏡指向，使其光軸與目鏡光軸重合
以上只是調光軸的大致方法，具體操作的過程中會有一些問題，有時很難控制精確度。這裡首先介紹幾個輔助工具：
帶雙十字線的窺管：
管的外直徑同目鏡接口直徑，管的一端加蓋，蓋的正中心挖2mm直徑的圓孔，管的另一端用白色棉線對稱地拉上雙十字線，兩線間距3～4mm。管長用如下方法確定：從目鏡調焦筒中放入窺管（窺孔在外），窺孔一端與目鏡調焦筒外連線埠平齊，雙十字線一端大約距副鏡20～30mm即可。
做窺管的材料不限（如果你使用的是31.7mm目鏡接口，可以考慮用柯達膠捲的黑色包裝盒來製作做），關鍵是插入目鏡調焦筒後要穩固，不能晃動太大。雙十字線要拉正，相交處的小正方形與窺孔的連線應該是目鏡調焦筒的軸線。
主鏡中心定位點 ：剪一片直徑5mm的黑紙，用兩面膠準確地粘在物鏡的正中心。（因為主鏡的中心區域並不參與成像，所以這個黑點不會有負面影響）
主鏡筒開口處十字線
在主鏡筒開口處用粗線拉十字線，要求兩線相互垂直，交點過主鏡筒軸線。（在主鏡開口處拉上十字線可能會影響對副鏡的操作，所以最好標記出十字線與鏡筒的四個交點的位置，覺得十字線礙事時可以先把它拆下來，必要時再重新拉上。）
這三個工具製作並不複雜，但你很快會發現它們很有用。藉助它們，現在我們可以開始一步一步地調整望遠鏡光軸了。
0.預調主鏡指向
取下副鏡，調節主鏡後面的螺栓，直到從鏡筒開口前看過去，十字線交點、物鏡中心黑點、十字線交點在物鏡中所成的像三者成一條直線時，表明主鏡指向基本正確。（下面專門有一步是調主鏡的，預先加這一步操作可以使下面的操作更容易。）
調節目鏡調焦筒，使之垂直於主鏡筒
將窺管裝入目鏡調焦筒中，從窺孔中觀察，可以看到從窺孔到雙十字線的連線（實際就是目鏡調焦筒軸線）再延長，會與主鏡筒壁交於某一點，標記出這一點，用尺子測量其位置，再參考目鏡調焦筒在鏡筒的位置，我們就可以判斷出目鏡調焦筒是否與主鏡筒垂直。
調節副鏡，使之位於主鏡筒軸線上
取下窺管，裝上副鏡，大致調節副鏡指向，使眼睛從目鏡調焦筒中可以看到經副鏡反射所成的主鏡的像，同時也應該可以看到副鏡和主鏡筒開口處的十字線經兩次反射後所成的像。從這些像中我們可以看出副鏡和十字線的相對位置，如果副鏡的圓心和十字線交點重合，說明副鏡位於主鏡筒軸線上，否則就需要做相應的調節。
調節副鏡，使之位於目鏡調焦筒正下方
從目鏡調焦筒方向看進去，副鏡顯然已經位於調焦筒的下方，但經過這樣看精度無法保證。此時，裝入窺管，眼睛從窺孔看到的，最外圈是窺管的內壁（雙十字線現在不起作用，可以不管），中間是副鏡。副鏡的外圓輪廓和窺管的內壁輪廓如果是同心圓，說明滿足要求，否則要在主鏡軸線方向調節副鏡。（如果因窺孔太小、光線太暗而看不清楚，可以在與窺管正對的主鏡筒內壁墊上一張白紙；如果窺管太細，看不到副鏡的外圓輪廓，可以把窺管往外抽或縮短其長度。）
調節副鏡指向，使目鏡光軸經副鏡反射後指向主鏡中心 ：在上一步的基礎上，一面用眼睛從窺孔中觀察，一面調節副鏡指向，直到主鏡在副鏡中所成的像的外圓輪廓、副鏡的外圓輪廓二者同心。
調節主鏡指向，使其光軸與目鏡光軸重合
用手電筒照亮窺管的雙十字線，眼睛從窺孔看進去，可以看到雙十字線、主鏡的中心點所成的像以及雙十字線經兩次反射所成的像。調節主鏡背後的螺栓，使上述三者同心。 至此，反射鏡光軸調節完畢。
上述各個調節步驟中，根據副鏡支架的不同設計，下一步操作會對前一步的結果帶來或多或少的影響，所以必要時可以返回前面的操作，可能要有幾次反覆，最後才能得到滿意的結果。第一次調節會費一些工夫，一旦調好後，只要副鏡支架穩固，以後的工作就輕鬆得多，即使為了運輸而將主鏡重裝，一般只需調節主鏡後的螺栓就行了，藉助於窺管，可以很快將望遠鏡調整至最佳狀態。
補充說明
一般認為光軸與副鏡的交點在副鏡的中心。在長焦距的望遠鏡中可以認為如此，但在大口徑、短焦距的牛頓式反射望遠鏡中，副鏡的尺寸也較大，副鏡長邊的兩端到目鏡的距離已經不能再近似認為是一樣的了， 光軸相交於副鏡的B點，而不是副鏡中心所在的A點。這相當於副鏡從中心位置向主鏡方向和遠離目鏡的方向都有一個位移。這兩個方向的位移量可以用如下公式計算：
位移量=副鏡短邊長/（4*主鏡焦比）
例如望遠鏡副鏡短邊長35mm，主鏡焦比為5，則兩個方向的位移量都是1.75mm。
如果有此類短焦距的望遠鏡，需要把這種情況考慮進去。計算出位移量，在上述第2步調節中，應讓副鏡稍稍遠離目鏡方向；在第3步調節中，當我們看到副鏡的外圓輪廓和窺管的內壁輪廓是同心圓時，實際上副鏡已經向主鏡方向有了位移，不需再額外做調節了。
