Newtonsches Fernrohr

Newtons Idee für ein Spiegelteleskop war nicht neu. Galileo Galilei und Giovanni Francesco Sagredo hatten schon bald nach der Erfindung des Linsenfernrohrs darüber diskutiert, einen Spiegel als bildgebendes Objektiv zu verwenden, und andere, wie Niccolò Zucchi, behaupteten, bereits 1616 mit dieser Idee experimentiert zu haben. Newton könnte sogar James Gregorys Buch Optica Promota von 1663 gelesen haben, in dem Spiegelteleskope mit parabolischen Spiegeln beschrieben werden (ein Teleskop, das Gregory erfolglos zu bauen versucht hatte).

Newton baute sein Spiegelteleskop, weil er vermutete, dass es seine Theorie beweisen könnte, dass weißes Licht aus einem Spektrum von Farben besteht. Farbverfälschung (chromatische Aberration) war der Hauptfehler von Refraktoren zu Newtons Zeiten, und es gab viele Theorien, was die Ursache dafür war. Mitte der 1660er Jahre kam Newton mit seiner Arbeit an der Farbtheorie zu dem Schluss, dass dieser Fehler dadurch verursacht wird, dass sich die Linse des Refraktors genauso verhält wie die Prismen, mit denen er experimentierte, und weißes Licht um helle astronomische Objekte herum in einen Regenbogen von Farben bricht. Wenn das stimmte, dann konnte die chromatische Aberration durch den Bau eines Teleskops beseitigt werden, das keine Linse benutzte – ein Spiegelteleskop.

Ende 1668 baute Isaac Newton sein erstes Spiegelteleskop. Er wählte eine Legierung (Spekulum-Metall) aus Zinn und Kupfer als geeignetes Material für seinen Objektivspiegel. Später entwickelte er Mittel zur Formgebung und zum Schleifen des Spiegels und war möglicherweise der erste, der eine Pechscheibe zum Polieren der optischen Oberfläche verwendete. Er wählte eine sphärische Form für seinen Spiegel anstelle einer Parabel, um die Konstruktion zu vereinfachen; obwohl dies eine sphärische Aberration einführen würde, würde es dennoch die chromatische Aberration korrigieren. Er fügte seinem Reflektor das hinzu, was das Markenzeichen des Designs eines Newton-Teleskops ist, einen sekundären, diagonal montierten Spiegel in der Nähe des Fokus des Hauptspiegels, um das Bild in einem 90°-Winkel zu einem an der Seite des Teleskops montierten Okular zu reflektieren. Dieser einzigartige Zusatz ermöglichte es, das Bild mit minimaler Behinderung des Objektivspiegels zu betrachten. Er stellte auch den Tubus, die Montierung und die Beschläge her. Newtons erste Version hatte einen Hauptspiegeldurchmesser von 1,3 Zoll (33 mm) und ein Öffnungsverhältnis von f/5. Er stellte fest, dass das Teleskop ohne Farbverfälschung funktionierte und dass er damit die vier Galileischen Monde des Jupiters und die Sichelphase des Planeten Venus sehen konnte. Newtons Freund Isaac Barrow zeigte Ende 1671 einer kleinen Gruppe der Royal Society of London ein zweites Teleskop. Sie waren davon so beeindruckt, dass sie es im Januar 1672 Karl II. vorführten. Newton wurde noch im selben Jahr als Fellow der Gesellschaft aufgenommen.

Wie schon Gregory vor ihm, tat sich Newton schwer, einen effektiven Reflektor zu konstruieren. Es war schwierig, das Spekulum-Metall zu einer regelmäßigen Krümmung zu schleifen. Außerdem lief die Oberfläche schnell an; das daraus resultierende geringe Reflexionsvermögen des Spiegels und auch seine geringe Größe bedeuteten, dass der Blick durch das Teleskop im Vergleich zu zeitgenössischen Refraktoren sehr trübe war. Aufgrund dieser Konstruktionsschwierigkeiten fand das Newtonsche Spiegelteleskop zunächst keine große Verbreitung. Im Jahr 1721 zeigte John Hadley der Royal Society ein stark verbessertes Modell. Hadley hatte viele der Probleme bei der Herstellung eines parabolischen Spiegels gelöst. Sein Newton mit einem Spiegeldurchmesser von 6 Zoll (150 mm) konnte sich mit den großen Antennenrefraktoren der damaligen Zeit gut messen. Die Größe der Spiegelteleskope wuchs in der Folgezeit rasant, wobei sich der Hauptspiegeldurchmesser etwa alle 50 Jahre verdoppelte.