Telescopio newtoniano
L’idea di Newton di un telescopio a riflessione non era nuova. Galileo Galilei e Giovanni Francesco Sagredo avevano discusso l’uso di uno specchio come obiettivo per formare l’immagine subito dopo l’invenzione del telescopio rifrattore, e altri, come Niccolò Zucchi, sostenevano di aver sperimentato l’idea già nel 1616. Newton potrebbe anche aver letto il libro Optica Promota di James Gregory del 1663, che descriveva i progetti di telescopi a riflessione con specchi parabolici (un telescopio che Gregory aveva cercato di costruire senza successo).
Newton costruì il suo telescopio a riflessione perché sospettava che potesse dimostrare la sua teoria che la luce bianca è composta da uno spettro di colori. La distorsione del colore (aberrazione cromatica) era il difetto principale dei telescopi a rifrazione dell’epoca di Newton, e c’erano molte teorie sulla sua causa. A metà degli anni 1660, con il suo lavoro sulla teoria del colore, Newton concluse che questo difetto era causato dalla lente del telescopio rifrattore che si comportava come i prismi che stava sperimentando, rompendo la luce bianca in un arcobaleno di colori intorno agli oggetti astronomici luminosi. Se questo fosse vero, allora l’aberrazione cromatica potrebbe essere eliminata costruendo un telescopio che non usasse una lente – un telescopio riflettente.
Nel tardo 1668 Isaac Newton costruì il suo primo telescopio riflettente. Scelse una lega (metallo speculare) di stagno e rame come materiale più adatto per il suo specchio obiettivo. In seguito escogitò dei mezzi per modellare e rettificare lo specchio e potrebbe essere stato il primo ad usare un giro di pece per lucidare la superficie ottica. Scelse una forma sferica per il suo specchio invece di una parabola per semplificare la costruzione; anche se avrebbe introdotto l’aberrazione sferica, avrebbe comunque corretto l’aberrazione cromatica. Ha aggiunto al suo riflettore quello che è il segno distintivo del design di un telescopio newtoniano, uno specchio secondario montato in diagonale vicino al fuoco dello specchio primario per riflettere l’immagine con un angolo di 90° ad un oculare montato sul lato del telescopio. Questa aggiunta unica permetteva di vedere l’immagine con un’ostruzione minima dello specchio obiettivo. Egli realizzò anche il tubo, la montatura e i raccordi. La prima versione di Newton aveva un diametro dello specchio primario di 1,3 pollici (33 mm) e un rapporto focale di f/5. Egli trovò che il telescopio funzionava senza distorsioni di colore e che poteva vedere le quattro lune galileiane di Giove e la fase crescente del pianeta Venere con esso. L’amico di Newton, Isaac Barrow, mostrò un secondo telescopio a un piccolo gruppo della Royal Society di Londra alla fine del 1671. Ne rimasero così impressionati che lo dimostrarono a Carlo II nel gennaio 1672. Newton fu ammesso come membro della società nello stesso anno.
Come Gregory prima di lui, Newton trovò difficile costruire un riflettore efficace. Era difficile macinare il metallo dello speculum ad una curvatura regolare. La superficie inoltre si appannava rapidamente; la conseguente bassa riflettività dello specchio e le sue piccole dimensioni facevano sì che la vista attraverso il telescopio fosse molto ridotta rispetto ai rifrattori contemporanei. A causa di queste difficoltà di costruzione, il telescopio riflettente newtoniano inizialmente non fu ampiamente adottato. Nel 1721 John Hadley mostrò alla Royal Society un modello molto migliorato. Hadley aveva risolto molti dei problemi di costruzione di uno specchio parabolico. Il suo newtoniano con un diametro dello specchio di 6 pollici (150 mm) si confrontava favorevolmente con i grandi telescopi a rifrazione aerea dell’epoca. La dimensione dei telescopi riflettenti in seguito crebbe rapidamente, con progetti che raddoppiavano il diametro dello specchio primario circa ogni 50 anni.