将CCD放置在望远镜或天文台的主要焦点上是获得出色图像的好方法。 类似的技术已经使用了100多年。 但是，可以单独使用不带镜子或镜头的CCD吗？数百年来，使用望远镜的原理是最简单的：创建透镜或镜子以收集大量的光，将其聚焦在检测器（眼睛，照相板，电子设备）上，并看到远远超出裸眼能力的东西。 随着时间的流逝，透镜和镜子的直径变得越来越大，并且制造精度也越来越高，检测器达到了一个能够收集和使用每个入射光子的水平。 检测器的质量可能使您想知道为什么我们根本需要透镜！ 这是我们的读者问的：
如果我们有CCD传感器，为什么我们需要透镜和反射镜来制造望远镜？ 为什么不制作10米的反射镜或透镜来将光线聚焦在小型传感器上，而不制作10米的传感器？
这个问题非常棘手，因为如果他们能够做到这一点，它将彻底改变。
现有和建议的各种望远镜的镜面尺寸比较。 当麦哲伦巨型望远镜开始工作时，它将成为世界上最大的望远镜，并且是直径超过25 m的同类光学望远镜中的第一款； 随后，它必须被欧洲的超大型望远镜超越。 但是所有这些望远镜都有镜子。无论我们的表面反射得多么好，我们对镜片的研磨和抛光的精度如何，我们如何均匀，仔细地涂覆涂层，以及排斥和消灭灰尘的程度如何-镜子或镜片都不可能100％达到光学完美。 每一步和每次反射都会损失一部分光。 鉴于当今最大的望远镜设计需要多级反射镜，包括主反射镜上的大孔，该大孔为反射光提供了良好的位置，因此在使用反射镜和透镜收集有关宇宙信息的方案中存在固有的局限性。
目标是清晰美观：消除不必要的步骤，消除光的损失。 这个想法似乎很简单，并且由于CCD传感器变得越来越普遍和便宜，它可能会在未来的天文学中找到应用。 但是，要实现这样一个梦想并不是一件容易的事，因为要获得一个没有镜子或透镜的望远镜，必须克服许多重要的障碍。 让我们越过它们。
1887年仙女座星云的图像首次展示了距银河系最近的大型星系旋臂的结构。 由于照片是在不使用滤镜的情况下拍摄的，因此它是完全白色的-而不是通过红色，绿色和蓝色的滤镜拍摄照片，然后组合这些颜色。1）CCD可以完美地测量光，但是它们不对波长进行分类或过滤。 您没有想到为什么所有恒星和星系的旧照片都是黑白的，尽管事实是恒星和星系本身具有某些颜色？ 这是因为它们没有使用单独的滤光片收集不同波长的光。 甚至现代的望远镜都在入射光和CCD /相机之间放置一个滤光镜，以对准特定的波长或一组波长，用多个滤光镜拍摄几张图像，然后以真彩色或假彩色重新创建图像。
仙女座星系（M31），是从地面望远镜通过几个滤镜拍摄的，之后从这些照片中创建了彩色肖像可以通过为每个单独的CCD元件创建一套完整的滤光片来避免这种情况，但是这种设计麻烦，昂贵，并且要求将这些滤光片放置在CCD元件后面的某个位置，因为必须保留通常会占用镜子的聚光区域的完整性。或镜头望着天空。 这不是一个不可克服的障碍，但是目前我们没有解决这个问题的办法。
大面积CCD在收集和检测光以及最大化每个入射光子的益处方面非常有用。 但是，如果没有镜子或透镜将光预先聚焦，则CCD的全向特性将无法产生被观察物体的有意义的图像。2）CCD无法测量入射光的方向。 为了获得有意义的图像，使它们很好地与望远镜配合使用，他们不仅需要测量入射光的强度和波长，还需要测量其方向。 镜头和镜子具有奇妙的性能-垂直于镜子平面的极远光源发出的光线会聚在一起，以使其进入相机/摄影板/ CCD的方式聚集，并且来自其他方向的光由于反射和折射而不会到达那里。 对于单独的CCD，情况并非如此：它会记录来自任何方向的光。 如果您不将光线照射到光束中，请不要提前聚焦光线，您只会在各个方向看到明亮的白色天空-那里不会保存有关光线方向的任何信息。
McMas-Pierce太阳望远镜的设备操作方案，这是世界上光隧道最长的望远镜。 甚至他最终都需要一面镜子才能获得高质量的图像。您可能会认为解决此问题的方法是建立一个垂直于CCD矩阵平面的非常长的不透明管，但这也是一个问题：如果没有透镜和镜子，则视场中所有物体的光都会落在矩阵的每个像素上。 麦克马斯·皮尔斯（McMas-Pierce）太阳望远镜甚至是为此目的建造的最长的轴[轴长220 m / [trans。]，您仍然需要镜子或透镜来聚焦光线。 这是单独使用CCD矩阵测量光的最大问题，也是需要为其配备镜子或透镜的主要原因。
在图卢兹的Astrium工厂拍摄的照片显示了由106个CCD组成的一组镜头，这些镜头构成了盖亚太空望远镜的焦平面。 CCD通过螺栓固定在其支撑结构（CSS）上。 CSS（CCD的灰板）重约20 kg，由碳化硅（SiC）制成，该材料具有出色的热稳定性和机械稳定性。 飞机尺寸：1×0.5 m3）CCD过于昂贵，无法覆盖直径10米的圆。 CCD本身很昂贵； 先进的12兆像素CCD尺寸为3.1微米，像素（和覆盖微透镜）
售价为3,700美元 。 为了覆盖相当于一个10米镜的区域，将需要700,000矩阵：这笔费用接近30亿美元，这是不可接受的；相比之下，欧洲超大型望远镜的主镜直径为39米，连同所有的天文台和设备
，估计为10.83亿欧元 -少于第一笔金额的一半。
该图显示了欧洲超大型望远镜的五面镜的最新系统。 在使用科学仪器之前，首先要从直径39 m（M1）的巨型凹面复合镜反射光，然后再从两个4米反射镜（凸面（M2）和凹面（M3））反射光。 最后两个反射镜（M4和M5）形成内置的自适应光学系统，用于在最终焦平面上获得极其清晰的图像。没有反射镜的情况下进入CCD的额外光量很小，因为在每次反射时，我们会损失大约5-10％的光，但同时从反射镜直径的10米更改为39米时，我们会将光量增加1500％（百分之一百五十）！ 简而言之，如果您的目标是收集更多的光并提高分辨率，则可以花更多的钱。
在地球上，大型和大型望远镜通常不成问题，只要将镜子的形状保持为反射光的理想选择即可。 但是在太空中，发射的成本取决于大小和重量，因此每节省一小笔钱都值得4）如果您想减轻体重，有更好的解决方案。 哈勃太空望远镜的发射和部署极为困难，这不仅是因为它的尺寸，还因为它的重量。 主镜的严重程度是该任务的最大障碍之一。 但是在
詹姆斯·韦伯望远镜上，集光区域将是哈勃望远镜的七倍，重量甚至不到其前身的一半。 有什么秘诀？ 铸造镜子，定型，抛光-然后
从背面钻出材料 。
詹姆斯·韦伯望远镜主镜最后一个第18段的安装。 黑色的盖子保护着镜子的金色部分，而92％的原始材料已经从后部去除。在太空中，不需要对抗重力，因此不需要特殊的结构强度来支撑望远镜。 在制造完詹姆斯·韦伯望远镜的18个部分之后，从望远镜的背面钻了92％的原始质量-这有助于保持镜子前部的形状并大大减轻了重量。
大金丝雀望远镜的内部和主镜，是世界上最大的镜的所有者（10.4 m）有许多理由可以建造没有透镜或镜子的望远镜-无论如何，要在重量，成本，材料，集光能力，图像质量，分辨率方面进行优化，都需要做出一些妥协。 但是，仅靠CCD无法测量入射光的方向这一事实对于创建无反光镜望远镜来说是一个大问题。 尽管反射光的每个反射镜表面都会导致部分损失，但反射镜仍然是获取具有高分辨率，高质量，具有大光收集面积且成本相对较低的宇宙图像的最佳方法。 如果CCD的成本下降，如果可以建立一个望远镜镜大小的光栅，并且还可以实时测量入射光的方向，那么就可以谈论一些事情了。 但是到目前为止，光学科学还没有替代品。 在关于光的本质的革命性论文首次出版300多年后，牛顿在创建单个望远镜时的规则尚未被打破！
伊桑·西格尔 （ Ethan Siegel） -天体物理学家，科学普及者，《爆炸的开始》的作者！ 他写了《超越银河》（ Beyond the Galaxy ）和《追踪学：星际迷航的科学》（ Treknology ）一书。常见问题： 如果宇宙在扩展，为什么我们不扩展 ； 为什么宇宙的年龄与其被观测部分的半径不一致