NHỮNG ĐẶC TÍNH QUANG HỌC CỦA KÍNH THIÊN VĂN
Nhiều người vẫn cho rằng đặc tính chủ yếu nhất của kính thiên văn là phóng đại, càng phóng vật thể to lên bao nhiêu thì càng nhìn thấy vật thể rõ ràng trong kính thiên văn bấy nhiêu. Nhưng sự thể không phải hoàn toàn như vậy: giá trị của kính thiên văn trước hết được xác định bởi kích thước của vật kính. Điều quan trọng hơn cả là làm sao thâu nhận được cũng nhiều ánh sáng của đối tượng đang được nghiên cứu trên bầu trời càng tốt.
Tất cả mọi vật thể đều phát xạ hay phản xạ ánh sáng. Một phần ánh sáng rơi vào con ngươi của mắt rồi đi thẳng vào trong mắt tạo ra cảm giác thấy ánh sáng. Nếu ánh sáng ít thì khó nhận thấy vật thể hoặc thậm chí không nhận ra vật thể đó. Nếu bằng cách nào đó tăng lượng ánh sáng lọt vào mắt thì chúng ta có thể cải thiện được độ nhìn thấy.
Đường kính của vật kính ở kính thiên văn lớn hơn nhiều con ngươi của mắt người, nên nó thâu nhận được nhiều ánh sáng hơn. Chính điều này đã cho phép ghi nhận được những vì sao rất yếu và những thiên thể khác sáng kém gấp 100 triệu lần so với các sao nhìn thấy được bằng mắt thường.
Khi quan sát những thiên thể trên bầu trời bằng mắt thường lại nảy sinh một khó khăn khác. Khi ngắm Mặt Trăng chúng ta thấy trên bề mặt của nó những vệt tối. Khó mà có thể nói một điều gì đó về bản chất của những vệt tối này, trong khi ta lại muốn xem xét kỹ những chi tiết nhỏ hơn. Và không thể nhìn thấy những điều đó bằng mắt thường, mặc dù có đầy đủ lượng ảnh sáng cần thiết. Ai cũng biết rằng nếu kích thước biểu kiến (nhìn thấy được) của Mặt Trăng to hơn thì ta có thể quan sát bề mặt đó kỹ càng hơn. Sử dụng thuật ngữ khoa học, chúng ta nói: góc nhìn của Mặt Trăng quá nhỏ. Phương pháp đơn giản nhất đề tăng góc nhìn này là tiến lại gần nó hơn.
Như vậy, kính thiên văn cần thiết trước hết để làm tăng lượng ánh sáng đến từ thiên thể và thứ hai là để tạo ra khả năng nghiên cứu những chi tiết nhỏ của đối tượng quan sát. Ta gọi khả năng của kính thiên văn chỉ rõ được (hay ghi nhận được nhờ những dụng cụ như phim ảnh) những vì sao yếu ớt là năng lực thấu quang, còn khả năng phân biệt những chi tiết là năng lực/suất phân giải. Bây giờ chúng ta hãy xem những đặc tính này của kính thiên văn phụ thuộc vào cái gì.
Lẽ ra năng lực thấu quang phải tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt của vật kính: diện tích càng lớn thì dụng cụ càng thu nhận được nhiều ánh sáng, tức là những đối tượng quan sát yếu hơn nhìn càng rõ. Thực ra khả năng bắt tín hiệu ánh sáng yếu lại còn tuỳ thuộc vào mức độ nền (phông) mà trên đó thiên thể hiện ra. Theo nguyên lý này, những ngôi sao không thể nhìn thấy vào ban ngày, mặc dù chúng vẫn phát ra một lượng ánh sáng như chúng vẫn phát ra về ban đêm. Cái nền sáng của bầu trời ban ngày đã "át hết" ánh sáng của những vì sao đó. Nhưng ngay cả về ban đêm vẫn có tuy không nhiều ánh sáng. Bởi vậy, năng lực thấu quang thực tế của kính thiên văn vẫn thấp hơn lý thuyết. Khi có một nền sáng (nhiễu) thì năng lực này tăng lên theo mức chỉ tỉ lệ thuận với đường kính (chứ không phải diện tích), mà chính điều này lại làm giảm đi mức độ ích lợi của việc tăng đường kính của vật kính.
Hình ảnh của sao do kính thiên văn tạo ra có một kích thước nhất định. Nếu như khoảng cách giữa hình ảnh hai sao lại nhỏ hơn kích thước của chúng thì chúng sẽ hoà nhập vào nhau và không thể nhìn thấy chúng riêng biệt được. Năng suất phân giải được xác định bởi việc ảnh nhỏ đến mức nào của điểm sáng được vật kính của kính thiên văn thu được. Như vậy kích thước ảnh của điểm sáng là chỉ số chất lượng của vật kính: ảnh càng nhỏ thì vật kính càng tốt. Các nhà thiên văn học xác định kích thước của ảnh bằng số đo của góc mà theo đó ảnh được thấy nhìn thấy từ tâm của vật kính.
Có thể xác định một cách lý thuyết kích thước tối thiểu của ảnh một điểm sáng mà vật kính tạo dựng ra. Nó được tính bằng giây đo cung theo công thức dưới đây:
trong đó 
là bước sóng ánh sáng, D là đường kính của vật kính. Trị số này là thước đo năng suất phân giải của kính thiên văn. Bước sóng ánh sáng mà mắt người nhạy cảm nhất là 555 mm. Nếu đưa con số này và đường kính vật kính chẳng hạn là 13 cm vào công thức nói trên ta sẽ được độ phân giải là khoảng 0,9”. Nghĩa là nếu quan sát bằng một kính thiên văn có đường kính 13 cm hai ngôi sao có độ sáng như nhau ở trên bầu trời cách nhau một khoảng cách là 0,9” thì ta có thể hy vọng nhìn thấy cả hai ngôi sao đó tách biệt nhau chứ không phải là một ngôi sao dính liền.
Ngoài năng lực thấu quang và năng lực phân giải còn có những đặc tính khác của kính thiên văn. Chúng ta hãy nói về tiêu cự, độ phóng đại, thị trường và quang lực của kính thiên văn.
Kính thiên văn bao gồm vật kính và thị kính. Ánh sáng của các ngôi sao ở rất xa vật kính đi qua nó và hội tụ ở mặt phẳng tiêu. Khoảng cách từ vật kính tới mặt phẳng tiêu gọi là tiêu cự của vật kính. Ánh sáng lại đi tiếp để rơi vào thị kính rồi sau cùng mới tới mắt người quan sát.
Kích thước góc của ảnh trong kính thiên văn lớn hơn kích thước góc của thiên thể trên trời. Quan hệ giữa hai góc này gọi là độ phóng đại (hay độ bội giác) của kính thiên văn. Nó bằng F/f, ở đây F là tiêu cự của vật kính, f là tiêu cự của thí kính.
Không nhất thiết phải dùng thị kính. Có thể đặt một bộ phận thu nhận ánh sáng ở tiêu điểm, chẳng hạn như một tấm kính ảnh. Trong trường hợp này tiêu cự của vật kính càng lớn thì ảnh của vật quan sát cũng càng lớn. Nếu lấy hai vật kính cùng đường kính nhưng có tiêu cự khác nhau thì chúng ta sẽ nhận được hai ảnh có kích thước khác nhau. Nhưng lượng ánh sáng tạo dựng lên ảnh lại như nhau, do đó độ chiếu sáng (độ rọi) của ảnh lớn hơn sẽ yếu hơn.
Nếu chúng ta muốn tăng kích thước của hình chụp, mà độ chiếu sáng vẫn không thay đổi thì đồng thời với việc tăng tiêu cự của vật kính chúng ta phải tăng đường kính của nó. Tỉ lệ D/F (giữa đường kính với tiêu cự) được gọi là độ mở tương đối hay quang lực của vật kính. Nếu quang lực của hai vật kính như nhau, thì độ chiếu sáng của ảnh các thiên thể sẽ như nhau.
Khi thiết kế một kính thiên văn, người ta phải tính quang lực xuất phát từ những nhiệm vụ, mục đích của kính thiên văn đó. Chúng ta cần những kính thiên văn có quang lực lớn thí dụ như để nghiên cứu những tinh vân sáng rất yếu. Quang lực của những kính thiên văn lớn nhất hiện nay xấp xỉ 1/2.
Cuối cùng một đặc tính quan trọng nữa của kính thiên văn là trường quan sát hay trường nhìn (thị truờng) của kính. Một tấm ảnh của kính thiên văn có trường quan sát lớn thì nó cho ta thấy được nhiều thiên thể. Nhưng chúng ta cần phải quan tâm đến một điều là ảnh ở phần giữa và phần mép đều phải sắc nét. Để có được điều đó cần chế tạo những kính thiên văn đặc biệt mà vật kính của chúng gồm một thấu kính và một gương. Đó chính là những kính thiên văn Smit (Schmidt) và Macxutôp. Những kính thiên văn này được dùng để chụp ảnh bầu trời. Kích thước trường nhìn của chúng vào khoảng 5 – 60, mà chất lượng ảnh vẫn tốt. Những kính thiên văn phản xạ lớn có trường nhìn thường cũng không quá 10. Để so sánh: đường kính của Mặt Trăng trên bầu trời là khoảng 0,50.
