Les Assyriens (un peuple qui vivait dans une région qui correspond aujourd’hui à l’Iraq) sont peut-être les premiers à avoir utilisé des lentilles pour grossir des objets (vers l’an 1500 avant Jésus-Christ). En 1850, l’archéologue anglais John Layard a en effet découvert un cristal de roche taillé et poli en forme de lentille lors de fouilles dans la ville antique de Nimrud. Cependant, on ne peut être sûr à 100 % que le cristal ait bel et bien servi de lentille et non de bijou, par exemple.
Plus près de nous, au premier siècle de notre ère, les auteurs romains Pline et Sénèque rapportent qu’un graveur de Pompéi utilisait une lentille pour s’aider dans son travail. Vers l’an 600, les Arabes auraient également fait usage de lentilles, de même que les Vikings vers l’an 900.
L’assemblage de lentilles en une lunette d’approche s’est fait de façon certaine entre 1540 et 1553. C’est en effet à cette période que le mathématicien anglais Léonard Digges construit une lunette grossissante pour s’aider dans ses relevés topographiques.
Pourtant, l’instrument ne deviendra véritablement connu du public qu’en 1608, au moment où l’opticien hollandais d’origine allemande Hans Lippershey (ou Lipperhey) commence à fabriquer et vendre des lunettes d’approche. Lippershey demanda un brevet pour « son » invention mais il lui fut refusé sous prétexte que sa trouvaille était déjà connue.
Le mérite d’avoir tourné pour la première fois une lunette vers les astres du ciel revient à Léonard Digges ou à son fils, l’astronome anglais Thomas Digges, entre 1540 et 1553. On sait également de façon sûre que le mathématicien anglais Thomas Harriot est le premier à avoir observé en détail la Lune avec une lunette astronomique en 1609, plusieurs mois avant que le physicien italien Galileo Galilei (dit Galilée) ne l’ait fait. Toutefois, Galilée est le premier à avoir publié les résultats de ses observations dans son livre intitulé (en français) « Le Messager des étoiles ». Il révolutionna par la même occasion notre conception de l’Univers.
Les premières lunettes astronomiques se composent de deux lentilles disposées de part et d'autre d'un tube fermé. La plus grande est appelée l’objectif ou lentille primaire, tandis que la seconde est désignée sous le nom d’oculaire. Le rôle des lentilles est de concentrer les rayons lumineux en un point précis, le foyer, de façon à obtenir une image nette, puis à grossir cette image.
On parvient à concentrer la lumière en un point grâce au verre dont sont faites les lentilles. Le verre est en effet un milieu plus dense que l’air. Lorsque des rayons lumineux le traversent, ils sont automatiquement déviés dans différentes directions. On donne à ce phénomène de déviation le nom de « réfraction ». Pour concentrer la lumière, il suffit de tailler les lentilles de façon à ce que la réfraction ait pour résultat d’orienter le trajet de tous les rayons lumineux en un seul point.
Malheureusement, on sait aujourd’hui qu’il est impossible de focaliser la lumière provenant d’un objet en un point unique avec une lentille simple. Ce problème porte le nom d’aberration.
Il existe plusieurs types d’aberrations. Les principaux sont l’aberration chromatique et l’aberration sphérique. Chacun a pour résultat de déformer l’image qu’une lunette transmet.
L’aberration chromatique se produit parce que les rayons lumineux de différentes couleurs ne sont pas tous déviés de la même façon lorsqu’ils traversent une lentille; par conséquent, il leur est impossible de se concentrer en un seul et même point. Le résultat est une image bordée de franges de couleurs différentes.
L’aberration sphérique est due à la forme même de la lentille. Une lentille n’est en effet rien de moins qu’un morceau de verre dont les surfaces sont des portions de sphère. Or, la surface sphérique n’est pas la meilleure forme pour concentrer des rayons lumineux en un seul point. Elle est cependant souvent utilisée parce que c’est de loin la forme la plus facile à produire lorsque l’on creuse et polit un morceau de verre. L’aberration sphérique a pour résultat de créer des images floues.
De nos jours, les lunettes astronomiques sont faites de plusieurs lentilles qui sont conçues et agencées de manière à minimiser les problèmes d’aberration.