施密特与望远镜的故事

郭红锋

望远镜的优缺点

在天文望远镜发明的早期，不论是折射式的还是反射式的，口径都比较小，结构也比较简单。望远镜从发明以后就经历了不断改进和创新，从伽利略式到开普勒式;从牛顿式到卡塞格林式;从赤道式到地平式;从手动式到电动式，等等。

时间进入20世纪，各种口径、模式、系列的望远镜不断出现，承担着观测和了解宇宙的重要任务，同时人类在望远镜的光学理论研究和技术制造等方面都达到了非常高的水平。天文学研究对望远镜的需求也越来越精细，但各种望远镜都有自己的优缺点。例如，折射望远镜视场大，每次可以观测较大范围的天区;反射望远镜的清晰度高而视场小，每次只能看见很小的天区。怎样才能把这两者的优点集于一身呢？德国光学家施密特改进了折射望远镜的透镜形状，制成了集折射、反射望远镜优点于一身的折反射望远镜，为天文望远镜的发展做出了重大贡献。

新型望远镜的创新研究

出生于俄属爱沙尼亚，工作于德国的施密特只读完高中二年级就开始做报务员、摄影师、绘图员等工作。1901年，在德国学习工程的施密特在一次火药实验中炸掉了右臂，从此改攻光学，凭着超人的智慧和毅力，很快成为光学专家。

1926年，施密特来到欧洲最著名的天文台之一——汉堡天文台工作。汉堡天文台当时拥有口径60厘米的折射望远镜、口径1米的反射望远镜等一大批先进仪器，正在进行一项工作量浩大的全天恒星总表编制工作，需要视场更大、效率更高的望远镜，以便短期内获取更多的巡天观测数据。 施密特在这里接受了一项革命性的研究项目，即制造一种全新的、性能超过折射和反射望远镜的新型望远镜。

他在天文台的地下室里建立了简单的工作室，几年时间全身心地投入到研究新型望远镜的工作中。经过一次次的计算、推敲和反复试验，施密特终于在1930年交出一份令天文学家们十分满意的结果：一架主镜口径为48厘米、改正镜口径为36厘米、主镜口径与焦距之比为2：1的折反射式望远镜，创造了天文学家多年以来梦寐以求的奇迹。

施密特设计的这种折反射式望远镜的光路非常巧妙，它用一块球面反射镜作为主镜，放在镜筒的后端，用一块波浪形的折射透镜放在主镜前适当的位置，作为改正镜。改正镜与主镜的口径比例大约为2：3。望远镜的焦点不是聚焦在一个平面上，而是聚焦在一个曲面上。这个光学结构的设计，完美地把折射改正镜的光线与反射主镜的光线结合为一个整体，成像在焦面上。

在那个没有机器帮助，没有计算机辅助计算的年代，仅凭他的大脑和一只左手，不仅要计算和试验光路的走向，还要磨出透镜的精确波浪形状，需要非常强大的毅力去克服常人想象不到的困难！为了缅怀施密特的天才创造和卓越贡献，后人将施密特设计的这种折反射式天文望远镜统称为施密特望远镜。

改进型折反射望远镜

施密特望远镜取得了极大的成功，但是它的改正透镜的制作过程难度极大。20世纪40年代，苏联的光学专家马克苏托夫针对这一情况对施密特望远镜作了一些改进。他将施密特望远镜中极难制作的波浪形改正透镜改为弯月形。弯月形改正透镜的两个面都是最容易磨制的球面，后面的主镜不变，还是球面。这样，制作过程就比施密特望远镜容易多了。它的特点是同样的口径和焦距，比施密特望远镜更加小巧玲珑，使用起来也更轻便。

但是，與施密特望远镜相比，它的视场要小一些，而且因为弯月形透镜不能做得太大，所以这种望远镜仅适合于比较小的口径。例如许多天文爱好者使用的折反射望远镜多为马克苏托夫型，而专业天文台使用的折反射望远镜多为施密特型。

施密特望远镜可作不同的改变以适合某些特定的工作，如增加平场透镜把焦面改成平面;增加一个凸面副镜把焦点引到主镜的背面或附近，形成卡塞格林系统。1951年，美国光学家贝克对这种系统进行了研究，经他改进的具有超大视场的望远镜，称为贝克-施密特望远镜，非常适用于观察流星、慧星及人造卫星等工作。

折反射式望远镜兼顾了折射和反射两种望远镜的优点，非常适合天文观测和天文摄影，在世界各地的天文台得到了普遍使用。国家天文台兴隆基地也有一台60/90厘米的施密特望远镜（改正镜口径60厘米，主镜口径90厘米），在大视场、高精度、低分辨率、大样本天体巡天工作中一直发挥着非常重要的作用。