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光学天文望远镜观测的光是由恒星发出的，但这其中许多恒星都早已不存在，我们看到的是几十亿年前发出的光。光学天文望远镜又分为反射式、反射式和折反射式天文望远镜。顾名思义，折射式望远镜的原理是利用凸透镜的成像原理，看到的也是实像;反射式望远镜的原理是利用平面镜反射，看到的是虚像;折反式望远镜是将二者结合在一起，看到的也是虚像。

天文望远镜是观测天体、捕捉天体信息的主要工具。从1609年伽利略制作第一台望远镜开始，望远镜就开始不断发展，从光学波段到全波段，从地面到空间，望远镜观测能力越来越强，可捕捉的天体信息也越来越多。目前，人类在电磁波段、中微子、引力波、宇宙射线等方面均有望远镜。

伽利略凭借望远镜观测到了太阳黑子、月球环形山、木星的卫星（伽利略卫星）、金星的盈亏等现象，这些现象有力地支持了哥白尼的日心说。伽利略的望远镜利用光的折射原理制成，所以叫做折射镜。