反射式望远镜

1667年初，鼠疫基本平息，牛顿告别了家人，带着18个月来的科学硕果日夜兼程返回了剑桥，开始了他长达30年的科学事业。

牛顿供职于剑桥初期的第一项名垂史册的研究成果是反射式望远镜的发明。

在牛顿发明这种新式望远镜之前，天文学家们用来进行天文观测的仪器是伽利略的折射式望远镜。然而，随着观测精度的提高，折射式望远镜暴露出了一个致命的弱点——望远镜的色差。其主要表现是被观测的天体在折射式望远镜中成的像，其周围出现色彩斑斓的光环，使所呈的像非常模糊。

天文学家无法搞清折射式望远镜产生色差的原因，虽然他们后来也尝试过进行多方面的改造，但依然无法消除折射式望远镜产生的色差。

发现了太阳光谱的牛顿知道，望远镜中产生色差的原因在于阳光中的七种色光的折射率不同，因此它们经过望远镜中透镜的折射后，便在透镜周围产生杂乱的彩色光环。

牛顿开始依据新的原理来着手设计一种能消除色差的新式望远镜。他设计的这种望远镜完全打破了折射式望远镜的设计常规，牛顿利用光的反射特性，让光线经一个凹面物镜反射后聚焦成像，他还将目镜（靠近观察者眼部的凹透镜）别出心裁地装在了筒的外壁上。为了使由物镜（靠近物体用来接受外来光线的凸透镜）聚焦而成的天体的像进入目镜，牛顿在管筒内加装了一个独特装置——一个口径小一些的平面镜，它与管筒成45度角，这样平面镜就能巧妙地将物镜反射过来的光线反射到筒壁外的目镜中。后来，牛顿发明的这种能改变光线行进方向的平面镜装置就被称为“牛顿装置”。牛顿的这种利用光的反射原理设计的望远镜被称为反射式望远镜或牛顿望远镜。

在发明史上，牛顿制造的望远镜是一个别具匠心的发明典范。因为它的制造难度并不亚于它的设计难度，这种望远镜的材料和大部分构件并不是现成的，必须经人工进行特殊的加工和磨制，甚至用来制作这架望远镜的工具也必须事先进行设计和制作。在这方面，牛顿发挥了他少年时代制作模具和小机械的卓越才能。

1668年，光学史上第一架反射式望远镜诞生了，它长6英寸（1英寸=2.54厘米），直径只有1英寸，比当时普遍使用的折射式望远镜小了许多，但它却能将物体放大40倍。用这架略显粗糙的望远镜，牛顿清楚地观测到了木星和它周围的众多卫星，并找到了金星的位相，即金星像月亮一样出现的周期性圆缺变化。

反射式望远镜研制成功后，巴罗教授将卢卡斯数学教授职位让给牛顿，自己则潜心研究神学。

1669年夏季，27岁的牛顿成了剑桥大学有史以来最年轻的数学教授，这一职位给他带来了崇高的荣誉。然而，牛顿在讲课方面很糟，使得前来听课的学生越来越少，有时竟然连一个学生也没有。于是牛顿不得不埋头于自己的研究中。