最早的望遠鏡是折射望遠鏡。它們利用透鏡來收集和聚焦光線。伽利略於1609年製造了自己的望遠鏡，並將其指向天空，發現了木星的衛星、金星的盈虧以及月球上的山脈。他的觀測結果推翻了地心說，並確立了地球繞著太陽運行的理論。
折射望遠鏡使用凸透鏡收集光線並將其聚焦。目鏡則放大影像。物鏡的焦距越長，放大倍率越大。早期的折射望遠鏡非常長，有時超過40米，這是為了減少色差。但也因此變得笨重。
色差仍然是折射鏡的主要弱點。不同顏色的光聚焦在不同的位置，產生彩色條紋。消色差透鏡發明於18世紀，它使用兩種不同類型的玻璃來減少色差。復消色差透鏡可以進一步減少色差，但價格昂貴。
折射望遠鏡在業餘天文愛好者中仍然很受歡迎。它們結構簡單、堅固耐用，幾乎無需維護。它們在觀測月球和行星方面表現出色，因為在這些天體上，清晰的對比比聚光能力更為重要。但對於深空天體而言，反射望遠鏡通常是更好的選擇。
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