異なる光学構造によると、望遠鏡は屈折と反射の2つのカテゴリに分けることができます。最初の望遠鏡は、透明なレンズの光の屈折効果を利用して画像を撮影し、これが“屈折望遠鏡”です。ガリレオが最初に天体観測に使用した屈折望遠鏡は“ガリレオ式”望遠鏡と呼ばれています。屈折望遠鏡には様々な収差があり、特に“色収差”と呼ばれる収差は、屈折望遠鏡の生まれつきの欠陥と言うことができ、点を色の斑点に変えます。当時、色収差を減らす方法は焦点距離が長くなるだけなので、人々は17世紀の有名な天文学者ヘベリウス屈折望遠鏡など、非常に長い屈折望遠鏡をたくさん作ってきました。
色収差は、異なる色の光に対するガラスの屈折率の違いによって引き起こされます。ニュートンは色収差を完全に克服する方法、すなわち光がガラスの内部で屈折することなく、凹面鏡の反射によって結像する方法を発見した。ニュートンは後に“ニュートン式”望遠鏡と呼ばれる望遠鏡を設計し、透明なガラス板を使わず、凹面の球面反射鏡を使った。球面反射鏡はレンズと同様に光を集めることができ、それを使った望遠鏡を反射望遠鏡と呼びます。
ニュートンは屈折望遠鏡では色収差問題は解決できないと予言した。しかし、その後、人々は異なる種類のガラスを組み合わせて、無彩色屈折望遠鏡、さらには高度な無彩色望遠鏡を作りました。これらの望遠鏡は、当時の反射望遠鏡よりも画像がシャープで、視野が広く、天体写真や天体観測のための道具となった。
しかし、遠くの暗い天体を検出するためには、より大きな望遠鏡が必要になるにつれて、屈折望遠鏡はもはや無力になります。光がガラスの内部に入るため、レンズの内部品質に対する要求は非常に高く、無彩色望遠鏡の対物レンズには少なくとも2枚のレンズが含まれているため、4つの面を研磨する必要があります。レンズは厚くて重く、鏡筒の負担が増えるだけでなく、光の吸収も深刻です。現在、口径1.0 2メートルの世界最大の屈折望遠鏡は、10 0年以上前に建設され、米国のイェーカス天文台に設置されました。それ以来、より大きな屈折望遠鏡を作ろうとする試みはなかった。
対照的に、反射望遠鏡は深刻な光吸収を持たず、製造がはるかに簡単で、口径を大きくすることができるため、今日の世界のほとんどの天文台の選択肢となっています。20世紀半ばには、5メートル級の反射望遠鏡が観測され、多くの重要な発見がなされました。20世紀末には10メートル級の反射望遠鏡が作られ、現在では30メートル級、40メートル級の反射望遠鏡の開発にも取り組んでいます。“口径が王様”の専門望遠鏡の中で、反射望遠鏡は今や当たり前のようになっています。