构思巧妙的施密特望远镜——天文望远镜的发展

    不论是折射望远镜还是反射望远镜，它们都有自己的优缺点，各有用武之地。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。如果用反射望远镜做巡天观测的话，时间和精力都耗费不起。怎样才能把这两者的优点集于一身呢？20世纪30年代，德国光学专家施密特的巧妙设计使天文学家的这一愿望变成了现实。

1. 独臂天才创奇迹

    勃思哈德.施密特(1879~1935)原来是俄国人，1879年3月30日生于俄国西部爱沙尼亚的奈萨尔（今爱沙尼亚共和国首都塔林附近〉。他只读完高中二年级就从学校走上社会。开始做报务员，后来又做摄影师，还做过绘图员。1901年，22岁的施密特来到德国，在米特韦达学习工程技术。在一次做火药实验的时候，他不小心被炸掉了右臂，从此成为“独臂将军”。只有一只左臂再搞工程技术工作很不方便，于是施密特改攻光学，凭着他超人的智慧和毅力，很快成为光学专家。

    1926年，47岁的施密特来到欧洲最著名天文台之一的汉堡天文台工作。汉堡天文台当时拥有口径60厘米的折射赤道仪（一种能跟踪天体周日运动的望远镜)、蔡司光学仪器公司制造的口径1米的反射望远镜等一大批先进仪器，并在进行一项工作量浩大的全天恒星总表的工作。

    施密特来到这里之后，马上投入了一项革命性的研究项目，他要创造出一种全新的超过折射和反射望远镜的望远镜。他利用天文台的地下室，建起了一个十分简陋的光学研究室，在那里开始了他的工作。他把自己几乎完全封闭在又阴又冷的地下室里，几年时间不与任何人打交道，被人们认一个与世隔绝的怪人。他不顾疾病的痛苦，把自己全部精力投入到研究全新型望远镜的工作中。

    经过一次又一次的推敲和试验，1930年，施密特终于拿出一个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。

2. 构想巧妙的施密特望远镜

    施密特设计的这种折反射式望远镜的光路非常巧妙，它的一块球面主镜在镜筒的后边，一块波浪形的透镜在主镜前适当的位置，这块波浪形透镜称为改正镜。改正镜与主镜的口径比例大约为2：3。看起来它们就好像是结合为一个整体，而它们的光学结构却并不简单。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，耗费了施密特大量的精力，因为当时根本没有计算机，完全凭他的一个大脑和一只左手。另外，这套光学结构的制造工艺也要求非常高，透镜的波浪要十分精确。没有机器帮忙，仅靠施密特的左臂，这需要多大的毅力和克服多少常人所想象不到的困难啊。百折不挠的施密特成功了。然而施密特本人却积劳成疾，于1935年12月1日，年仅56岁时就去世了。他终生未娶，悄无声息地与世长辞了，却给人类留下了无价的宝贵科学仪器。为了缅怀施密特的伟大功绩，后来，人们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。

    施密特望远镜兼顾了折射望远镜和反射望远镜的优点。球面反射镜做主镜会产生球差，影响成像质量，而波浪形的透镜正好能改正光线经过反射镜时所产生的各种像差，使望远镜得到了像折射望远镜一样的大视场和像反射望远镜一样的高清晰度。施密特望远镜非常适合做天体摄影工作，可获得大面积天区的高清晰度照片，被人们誉为“巡天警察”。

    施密特望远镜在世界各国的天文台中得到了广泛的应用，我国的几大天文台也都安装有口径不同的施密特望远镜，并且用它们作出了很大成就，例如陈建生院士带领的课题组使用兴隆观测基地一架60厘米X90厘米施密特望远镜承担了国家天文台BATC大视场多色巡天项目，开辟了从小行星、星团、河外星系、星系团、类星体到宇宙大尺度结构等一系列有特色研究领域，获得了令国际同行瞩目的重大成果。目前，世界上最大的施密特望远镜在德国史瓦西天文台，它的主镜口径200厘米，改正透镜口径为134厘米，视场达3.4x3.4。口径5米的海尔望远镜也配上了一台施密望远镜，用它来做巡天观测，发现了目标之后，再让海尔望远镜去做进一步更详细的观测和研究。

3. 马克苏托夫的改进

    施密特望远镜取得了极大的成功。但是，它也有难以克服的缺点，那就是它的改正透镜的制作过程难度极大。20世纪40年代，前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。但是与施密特望远镜相比，它的视场要小一些。

    但是，弯月形的改正透镜不能做得太薄，设计要求其厚度要达到直径的1/10。这样一来，马克苏托夫式望远镜就不容易做大，因为假如要做口径1米的改正透镜，其厚度就应该是10厘米，这么大又这么厚的球面形光学玻璃是很难加工出来的。而且玻璃太厚了还会吸收很多来自天体的光，影响观测效果。基于以上原因，马克苏托夫式望远镜仅仅适合于制造小型仪器，目前世界上最大的马克苏托夫式折反射望远镜在格鲁吉亚的阿巴斯图马尼天文台，它的主镜口径为98厘米，改正镜口径为70厘米。

    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的使用。