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虽然开普勒的长镜筒望远镜给天文学家带来了许多新的发现，也着实令他们一次又一次地兴奋过，但是，毕竟这些细高挑儿的仪器使用起来太不方便了。每位天文学家观测的时候，都不能独立完成，而是必须要有好几个助手帮助调节仪器。费了九牛二虎之力才对准一个目标，一阵微风吹过，图像全部乱套，前功尽弃。长镜筒给天文学家带来了太多的烦恼，缩短望远镜镜身，同时获得清晰的图像，成为他们梦寐以求的事情。大科学家牛顿(1642-1727)另辟蹊径，发明了具有强大生命力的反射望远镜。
反射镜与透镜一样，也具有聚光的本领，这是古人早已知道的事实。在长镜筒望远镜渐入绝境的情况下，人们自然想到了利用反射镜。
17世纪中叶已经有几位科学家从理论上提出可以使用反射镜做望远镜的建议。但是，有一个难题他们始终都没能解决。使用折射望远镜观测时，是一种非常自然的状态。光线从镜筒的一端射进来，观测者的眼睛在另一端观测。反射望远镜的情况就完全不同了。光从镜筒的一端射进来，射到反射镜上，又返回到同一端，观测者如果在入射端观测物像，那么他就会挡住入射的光线。这个问题成为制造反射望远镜的一个难题。
1663年，英国科学家詹姆斯‘格雷高里首先提出了一个反射望远镜的方案。他的方案是利用两面反射镜。一面口径较大的凹面镜做主镜，镜中心钻一个小圆孔，放在镜筒的一端。光线从另一端进入镜筒射到主镜上，主镜使光线反射并会聚到焦点处。另一面口径较小的凹面镜做副镜，放置在镜筒内的主镜焦点后面。主镜反射的光线经副镜再次反射后，穿过主镜中心的小孔，在主镜后焦点重新聚焦成像。在主镜后焦点处放置一个目镜，观测者就可以像使用折射望远镜一样，处于自然状态来观测了。
格雷高里精通数学。他的望远镜设计十分完美，主镜设计成一个抛物面，副镜设计成一个椭球面。这样既能消除球差，同时又能消除色差。可惜，当时的工艺技术水平完全达不到他的要求，所以格雷高里始终未能造出一架可以用于实际观测的反射望远镜。很多年以后，人们按照格雷高里的设计制作的“格雷高里式望远镜”工作得就很好。
英国另一位大科学家胡克也想了一个巧妙的主意。他的设计是在镜筒内适当的地方放置几块平面镜，让入射的光线通过平面镜来回反射几次，就像一把折尺，这样就可以让镜筒的长度大大地缩短了。他的设计思想是没错的，但是，事实上却无法实施，因为按照当时的制镜工艺水平，平面镜的反射率还达不到507。，经过几次反射，原来较亮的天体也会变得暗淡无光、难以辨认了。
两位在当时声名显赫的大科学家的反射望远镜都没有获得成功。真正获得成功的是与他们同时代的科学巨人牛顿。
牛顿在科学上的伟大成就尽人皆知。我们引用恩格斯高度概括的几句话来评价他：“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学；由于进行了光的分解而创立了科学的光学；由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学；由于认识了力的本性而创立了科学的力学……”
牛顿1642年12月25日生于英格兰东部林肯郡格兰萨姆镇附近的一个小村庄，家境贫寒，多灾多难。他尚未出世，父亲即已去世。2岁时母亲把他交给外婆抚养，自己改嫁他人。幼年时代他就对家乡大人们使用的各种农具产生了极大的兴趣，整天躲在自家的大储藏室里学着木工师傅的样子舞锤弄锯，并且一心幻想长大后要当一个出色的木匠。上小学了，他的心还没有放在学习上，念念不忘的仍是他那个感情深厚的木工作坊。为此他常因学习成绩不佳而遭受其他同学的欺侮。上中学以后，他发愤读书，学习成绩很快就在班上名列前^。中学毕业时获得了“毕业班最优秀学生”称号。1661年，牛顿18岁的时候进入剑桥大学学习数学。
牛顿是全村第一个考上大学的孩子，而且上的是最有名的剑桥大学，全家人都为他高兴而自豪。在大学学习期间，他超人的才华得到了充分的显示，博得了所有老师的称赞：“真没想到这个农村来的孩子竟然有这么大的天分。““那个叫牛顿的小伙子真的是最好的，虽然他貌不惊人。““那个年轻人很勤奋，思维也有深度，远远超过一般的学生。”“日后他一定会有出息的。”……
剑桥大学的巴罗教授学识渊博，被人们称为是“欧洲最优秀的学者”。巴罗教授认为牛顿是一个注定会超越自己而主宰未来科学的学生，并竭力弓I导和培育牛顿。巴罗教授的眼光绝对没有错。1665年初，年仅22岁，尚未大学毕业的牛顿就实现了自己科学生涯中的第一个重大突破^发现了数学中重要的二项式定理。二项式定理在天文学、物理学，还有现代工程技术中都有广泛应用。这是牛顿对人类科学事业最伟大的贡献之一。假如他一生中只有这一项发现的话，也足以使他在科学史上名垂千古。
1665年夏天，伦敦遭遇了一场可怕的瘟疫，死了许多人，剑桥大学决定全校停课，迅速疏散，躲避瘟疫。于是，牛顿也回到了自己阔别几年的家乡。在那里，他度过了自己一生中最愉快也最辉煌的18个月。
1666年的夏天，牛顿整天在冥思苦想引力的问题，这是当时物理界最前沿也最尖端的一个课题。为什么人们能把小石块抛出很远？如果把一杯牛奶很快地翻过来又翻回去，杯子里的牛奶为什么不会洒出来？……“肯定是有两种力互相对抗。”牛顿想。这一天，他一个人呆坐在自家院子里的苹果树下思考问题，树上的苹果已经红了，沉甸甸地挂在枝头上。一阵风吹过来，有一只苹果被风吹落，正好掉在牛顿面前。他目不转睛地盯着苹果苦苦地思索。“苹果为什么会自然地落在地上，而不会往天上飞呢？那是因为地球在吸引着它。地球的吸引力是无处不在的。”紧接着牛顿进一步想，“如果把苹果换成是月亮，会不会也一样呢？月亮之所以绕着地球运转，之所以不沿着直线飞去，是因为有一股强大的力量拉着它，这股力量就是地球的引力。行星之所以围绕太阳运转，也是同样的道理。”就这样，牛顿在这只普通苹果的启发下发现了成为经典天文学奠基石的万有引力定律。
由于卓越的成就，1669年牛顿年仅27岁时即得到了代表剑桥大学最高水平的鲁卡斯数学讲座教授的职务，1689年和1701年两次以剑桥大学代表的身份当选为议会议员，1703年起担任英国皇家学会会长。1727年3月20日在伦敦逝世，享年85岁，终身未娶。
早期的折射望远镜不仅存在严重的球差，同时也存在着严重的色差。使得折射镜成像既不清晰，而且周围还有一圈“彩虹”。关于球差产生的原因，开普勒已经得到了答案，是球面形状固有的缺陷。色差是怎么产生的，则一直是一个难解之谜。直到牛顿做了分解白光的实验，发现白色光是由七种颜色的光线组成的之后，人们才明白了色差产生的原因。
1666年初’牛顿开始对光学发生了极大的兴趣。他想起儿时玩过的肥皂泡在太阳光的照射下会变得色彩斑斓，他想弄明白这是为什么。他搞来一大桶肥皂水，在很长一段日子里’太阳一出来他就对着太阳吹起肥皂泡。一边一个接一个不停地吹着，一边呆呆地看着这些漫天飞舞的五颜六色的泡泡。人们看见牛顿的举动都有些纳闷，他们哪里知道他正在研究光的分解现象呢。
观察完肥皂泡之后，他就找来一块棱镜，躲到自己住的小屋里面开始做起了分解光的实验。关于这个实验的情况，牛顿在自己后来出版的著作中有过描述：“那是多么难忘的一段日子啊一我把窗户用一块厚厚的布遮得严严的，屋里漆黑一片。然后我在中间开一个小洞，放一缕阳光进来。再后，我把心爱的棱镜放在光线的入口处，让光线通过棱镜折射到对面的墙壁上，当我回头去看被折射了的光线时，奇迹产生了……”牛顿发现白色的太阳光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成的，由于不同颜色的光的折射率也不同，所以当它们通过棱镜以后，就分散开来，变成了一条彩色的光带。后来人们把这条彩色的光带叫做光谱。
得到了这个重大的发现之后，牛顿马上联想到了令人们长期倍感头疼的折射望远镜的色差问题。正是由于每种颜色光的折射率各不一样，导致了入射光线经过透镜以后不能再会聚于一点而形成色差。而反射望远镜没有色差的问题，所有光的反射角都等于入射角，光线反射之后不会分散。因此牛顿下定决心要发明一种新型的令人满意的反射望远镜。
1668年，牛顿的第一架小型反射望远镜制成了。它的物镜是用青铜磨制的凹面反射镜，直径只有2.54厘米，镜筒长度15厘米，放大倍率达40倍，观测效果不亚于2米长的折射镜。1672年1月，牛顿又做好了物镜为5.1厘米的第二架反射望远镜，长仅16厘米。他在物镜的前面装上一小块倾斜45度放置的平面反射镜，当光线射到物镜上以后先被反射到平面镜上，又被平面镜反射到镜筒一侧的目镜前聚焦，通过目镜即可看到被放大的像。
牛顿设计的反射望远镜在英国皇家学会进行了展示，引起了很大的轰动。人们对他的设计给予高度的评价。他的反射望远镜不仅彻底消除了令人厌恶的色差，而且制作起来比较容易，使用起来更方便。牛顿的反射望远镜成功了，从此以后，反射望远镜很快发展起来，成为光学望远镜的主流。目前世界上最大型、最优秀的望远镜都是反射望远镜。
几乎是与牛顿同时代，还有一位名叫从卡塞格林的法国科学家也设计了一种反射望远镜，我们称之为卡塞格林式反射望远镜。1672年，卡塞格林提出了他的设计方案，结构与格雷高里望远镜相似，不同的是副镜提前到主镜焦点之前，并且为凸面镜。这样的设计使经副镜反射的光线稍有些发散，使望远镜的放大率有所降低，但它的优点是不仅消除了球差，而且可以使望远镜的焦距很短。另外就是卡塞格林式望远镜的主镜中心都有一个小孔让光线通过，目镜装在望远镜的尾部，当望远镜越做越大的时候，这一点就越来越显示出它的优越性。格雷高里和卡塞格林设计的反射式望远镜有许多优点，后来，这两种望远镜的光路原理都得到了广泛的应用，而且不光是用在光学望远镜中，就是其他波段的望远镜也借鉴了他们的光路原理，比如许多射电望远镜都是采用格雷高里式或者是卡塞格林式的。
