Télescope newtonien
L’idée de Newton d’un télescope à réflexion n’était pas nouvelle. Galilée et Giovanni Francesco Sagredo avaient discuté de l’utilisation d’un miroir comme objectif de formation d’image peu après l’invention du télescope réfringent, et d’autres, comme Niccolò Zucchi, ont affirmé avoir expérimenté l’idée dès 1616. Newton a peut-être même lu le livre Optica Promota de 1663 de James Gregory, qui décrivait des conceptions de télescopes réflecteurs utilisant des miroirs paraboliques (un télescope que Gregory avait essayé sans succès de construire).
Newton a construit son télescope réflecteur parce qu’il pensait qu’il pourrait prouver sa théorie selon laquelle la lumière blanche est composée d’un spectre de couleurs. La distorsion des couleurs (aberration chromatique) était le principal défaut des télescopes réfracteurs de l’époque de Newton, et il existait de nombreuses théories quant à sa cause. Au milieu des années 1660, grâce à ses travaux sur la théorie de la couleur, Newton a conclu que ce défaut était dû au fait que la lentille du télescope réfracteur se comportait de la même manière que les prismes avec lesquels il faisait des expériences, en décomposant la lumière blanche en un arc-en-ciel de couleurs autour des objets astronomiques brillants. Si cela était vrai, alors l’aberration chromatique pouvait être éliminée en construisant un télescope qui n’utilisait pas de lentille – un télescope à réflexion.
À la fin de l’année 1668, Isaac Newton a construit son premier télescope à réflexion. Il choisit un alliage (métal spéculaire) d’étain et de cuivre comme le matériau le plus approprié pour son miroir objectif. Il a ensuite conçu des moyens de façonner et de rectifier le miroir et a peut-être été le premier à utiliser un rodage pour polir la surface optique. Il choisit une forme sphérique pour son miroir au lieu d’une parabole pour simplifier la construction ; même si cela introduisait une aberration sphérique, cela permettait de corriger l’aberration chromatique. Il a ajouté à son réflecteur ce qui est la marque de fabrique d’un télescope newtonien, un miroir secondaire monté en diagonale près du foyer du miroir primaire pour réfléchir l’image à un angle de 90° vers un oculaire monté sur le côté du télescope. Cet ajout unique permettait de voir l’image avec une obstruction minimale du miroir objectif. Il a également fabriqué le tube, la monture et les accessoires. La première version de Newton avait un diamètre de miroir primaire de 1,3 pouces (33 mm) et un rapport focal de f/5. Il a constaté que le télescope fonctionnait sans distorsion des couleurs et qu’il pouvait voir les quatre lunes galiléennes de Jupiter et la phase de croissant de la planète Vénus avec celui-ci. Isaac Barrow, ami de Newton, a montré un deuxième télescope à un petit groupe de la Royal Society de Londres à la fin de l’année 1671. Ils sont tellement impressionnés qu’ils en font la démonstration à Charles II en janvier 1672. Newton a été admis comme membre de la société la même année.
Comme Gregory avant lui, Newton a eu du mal à construire un réflecteur efficace. Il était difficile de rectifier le métal du spéculum pour obtenir une courbure régulière. De plus, la surface se ternissait rapidement ; la faible réflectivité du miroir qui en résultait, ainsi que sa petite taille, signifiaient que la vue à travers le télescope était très faible par rapport aux réfracteurs contemporains. En raison de ces difficultés de construction, le télescope à réflexion newtonien n’a pas été adopté à grande échelle. En 1721, John Hadley a présenté un modèle très amélioré à la Royal Society. Hadley avait résolu de nombreux problèmes liés à la fabrication d’un miroir parabolique. Son Newtonien, avec un diamètre de miroir de 6 pouces (150 mm), se comparait favorablement aux grands télescopes réfracteurs aériens de l’époque. La taille des télescopes réflecteurs a ensuite augmenté rapidement, les modèles doublant le diamètre du miroir primaire environ tous les 50 ans.