NHỮNG CHIẾC KÍNH THIÊN VĂN PHẢN XẠ CỦA NIUTƠN VÀ HECSEN
Nhược điểm cơ bản nhất của các ống ngắm thiên văn chế theo kiểu Galilê là hiện tượng sắc sai. Điều này được Ixaac Niutơn loại bỏ. Thoạt đầu ông thiết kế vật kính bằng hai thấu kính dương và âm, những thấu kính này có tụ số khác nhau nhưng lại có sắc sai ngược dấu nhau. Niutơn đã thử nghiệm một vài phương án và ông đã đi tới một kết luận sai lầm rằng không thể nào tạo ra được một vật kính với thấu kính tiêu sắc (không có sắc sai). (Thực ra các nhà vật lý hiện nay đã chứng minh được rằng Niutơn đã làm các thực nghiệm trên trong tình trạng quá vội vã).
Khi đó Niutơn đã quyết định kết thúc hẳn vấn đề nghiên cứu này một cách căn bản. Ông biết rằng một hình ảnh tiêu sắc của các vật thể ở rất xa do một gương lõm có hình dạng mặt parabôlôit xoay tạo ra ngay trên trục của nó. Đã có những ý định thiết kế những kính thiên văn phản chiếu trong thời gian đó, nhưng lại không thành công. Nguyên nhân là trong hệ thống quang học dùng hai tấm gương được áp dụng từ trước thời Niutơn, thì những đặc tính hình học của cả hai tấm gương này phải thật phù hợp với nhau. Nhưng các thợ kính đã không làm được điều đó.
Những kính thiên văn có gương thực hiện vai trò của vật kính được gọi là kính phản xạ hay kính phản quang (reflector, lấy từ tiếng Latinh reflectere có nghĩa là phản xạ). Chúng khác hẳn những kính thiên văn dùng vật kính là thấu kính, chúng được gọi là kính khúc xạ hay kính chiết quang (refractor, lấy từ tiếng Latinh refractus nghĩa là khúc xạ). Niutơn đã chế tạo chiếc kính thiên văn phản xạ của mình bằng cách dùng một chiếc gương lõm. Ông lại dùng một chiếc gương phẳng nhỏ để hướng hình ảnh nhận được nghiêng đi để chiếu về phía người quan sát, nhờ đó ta có thể nhìn được hình ảnh đó trên thị kính. Nhà bác học đã tự tay mình chế tạo ra dụng cụ đặc biệt này vào năm 1668. Chiều dài kính thiên văn này vào khoảng 15 cm. "Tôi so sánh nó với chiếc ống ngắm tốt nhất chế tạo theo kiểu Galilê có chiều dài khoảng 120 cm - Niutơn viết - và nhờ chiếc kính thiên văn của mình tôi đã có thể đọc được ở một khoảng cách rất xa, mặc dù hình ảnh nhìn qua kính này kém sáng rõ hơn".
Niutơn không chỉ tự tay đánh bóng gương kính thiên văn phản xạ đầu tiên. Ông còn lập ra được công thức chế tạo tấm gương bằng nguyên liệu đồng đỏ, tự tay ông đã đổ lấy mặt phôi tấm gương. Ông đã thêm một lượng nhỏ asen vào đồng đỏ thông thường (hợp kim đồng và thiếc). Chất asen này đã làm tăng độ phản quang của ánh sáng đồng thời bề mặt của hợp kim này đánh bóng nhẹ nhàng hơn và tốt hơn.
Năm 1672 Catxơgranh (Cassegrain), một người Pháp làm giáo viên trung học ở tỉnh nhỏ (có tài liệu nói rằng ông là một kiến trúc sư) đã đưa ra một cấu hình có hệ thống gồm hai tấm gương. Tấm gương thứ nhất có hình dạng parabôn, tấm gương thứ hai có hình dạng parabôlôit lồi quay và và bố trí đồng trục trước tiêu điểm của tấm gương thứ nhất. Cấu trúc này rất thuận lợi và đến giờ vẫn còn được áp dụng rộng rãi, chỉ có điều là tấm gương chính giờ đây có hình hypecbôn. Nhưng vào thời điểm đó người ta không thể chế tạo được kính thiên văn theo thiết kế của Catxơgranh vì những khó khăn có liên quan đến việc chế tạo ra hình dạng cần thiết của gương.
Những chiếc kính thiên văn chất lượng cao, gọn, nhẹ xoay chuyển được dễ dàng xuất hiện ở giữa thế kỷ XVII đã loại bỏ được những kính thiên văn có dạng "hình ống dài" và nhờ chúng mà thiên văn học đã đạt được những phát minh đáng kể.
Cũng vào thời gian đó, triều đại Hanôvơ bên Đức bắt đầu lên cầm quyền ở nước Anh, nên những đồng bào của ông vua mới là người Đức đã kéo sang Anh khá nhiều. Một trong những người đó là Uyliam Hecsen, một nhạc công, đồng thời lại là một nhà thiên văn học có tài.
Sau khi hiểu là khó có thể làm việc tốt với những kính thiên văn hình ống kiểu Galilê, Hecsen đã chuyển sang làm những kính thiên văn phản xạ.
Ông đã tự mình đổ những tấm gương bằng đồng đỏ, tự tay mài bóng chúng. Cho đến nay vẫn lưu giữ được cái máy quang học chế kính thiên văn của ông. Cậu em trai Alêcxanđơ và cô em gái Carôlin đã giúp đỡ ông nhiều trong công việc. Carôlin kể lại rằng khắp nhà họ, kể cả phòng ngủ, đã biến thành một xưởng thợ. Nhờ một trong những kính thiên văn của mình Hecsen đã phát hiện ra hành tinh thứ 7 trong hệ Mặt Trời vào Năm 1778. Sau này hành tinh đó được đặt tên là sao Thiên Vương.
Hecsen đã liên tục thiết kế những chiếc kính thiên văn ngày một mới mẻ của mình. Nhà vua đã đỡ đầu cho ông và cung cấp cho ông tiền bạc để xây dựng chiếc kính phản xạ lớn có đường kính là 120 cm và độ dài của ống ngắm là 12 mét. Sau nhiều năm tháng nỗ lực, chiếc kính thiên văn đã hoàn thành. Nhưng rất khó nhọc khi làm việc với chiếc kính thiên văn này mà về chất lượng nó không hơn những kính thiên văn nhỏ hơn, như Hecsen đã từng kỳ vọng. Do đó ông đã có những lời nhắn nhủ cho các nhà sáng chế ra kính thiên văn: "Chớ có thực hiện những bước nhảy vọt".
Vào thế kỷ XVII, những chiếc kính thiên văn khúc xạ dài có thấu kính, đã đạt được những giới hạn tối đa của sự hoàn thiện. Các nhà thiên văn học đã học được cách lựa chọn những phôi thuỷ tinh có chất lượng cao, gia chế và lắp đặt chính xác. Lý thuyết chiếu sáng qua những chi tiết quang học đã được hoàn chỉnh dần (nhờ Đềcac, Huyghen).
Có thể nói không quá rằng cơ sở chế tạo ra những kính thiên văn phản xạ ngày nay đã dựa vào nền tảng có được vào thế kỷ XVII - XVIII. Cấu hình có thay đổi đôi chút dựa trên những thiết kế của Catxơgranh đã được thực hiện trong hầu hết những kính thiên văn quan sát về đêm ngày nay. Nghệ thuật xử lý các tấm gương kim loại với độ võng cho phép trong bất kỳ vị trí nào của kính thiên văn không được vượt quá một vài phần nhỏ của micrômét, do đó cuối cùng cũng tạo ra được các gọng gương rất hoàn hảo của những kính thiên văn khổng lồ được điều khiển nhờ những máy tính điện tử. Sơ đồ quang học của một vài thị kính thời đó vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Tóm lại, ngay từ thời dó đã hình thành những nguyên lý sơ đẳng của các phương pháp nghiên cứu khoa học về hình dạng bề mặt của các phần tử quang học rồi ngày nay chúng được đúc kết thành một bộ môn khoa học hoàn chỉnh: công nghệ chế tạo kính quang học có kích thước lớn.
