郭紅鋒

望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)缺點(diǎn)

在天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)明的早期，不論是折射式的還是反射式的，口徑都比較小，結(jié)構(gòu)也比較簡單。望遠(yuǎn)鏡從發(fā)明以后就經(jīng)歷了不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，從伽利略式到開普勒式;從牛頓式到卡塞格林式;從赤道式到地平式;從手動(dòng)式到電動(dòng)式，等等。

時(shí)間進(jìn)入20世紀(jì)，各種口徑、模式、系列的望遠(yuǎn)鏡不斷出現(xiàn)，承擔(dān)著觀測和了解宇宙的重要任務(wù)，同時(shí)人類在望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)理論研究和技術(shù)制造等方面都達(dá)到了非常高的水平。天文學(xué)研究對望遠(yuǎn)鏡的需求也越來越精細(xì)，但各種望遠(yuǎn)鏡都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。例如，折射望遠(yuǎn)鏡視場大，每次可以觀測較大范圍的天區(qū);反射望遠(yuǎn)鏡的清晰度高而視場小，每次只能看見很小的天區(qū)。怎樣才能把這兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一身呢？德國光學(xué)家施密特改進(jìn)了折射望遠(yuǎn)鏡的透鏡形狀，制成了集折射、反射望遠(yuǎn)鏡優(yōu)點(diǎn)于一身的折反射望遠(yuǎn)鏡，為天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

新型望遠(yuǎn)鏡的創(chuàng)新研究

出生于俄屬愛沙尼亞，工作于德國的施密特只讀完高中二年級就開始做報(bào)務(wù)員、攝影師、繪圖員等工作。1901年，在德國學(xué)習(xí)工程的施密特在一次火藥實(shí)驗(yàn)中炸掉了右臂，從此改攻光學(xué)，憑著超人的智慧和毅力，很快成為光學(xué)專家。

1926年，施密特來到歐洲最著名的天文臺(tái)之一——漢堡天文臺(tái)工作。漢堡天文臺(tái)當(dāng)時(shí)擁有口徑60厘米的折射望遠(yuǎn)鏡、口徑1米的反射望遠(yuǎn)鏡等一大批先進(jìn)儀器，正在進(jìn)行一項(xiàng)工作量浩大的全天恒星總表編制工作，需要視場更大、效率更高的望遠(yuǎn)鏡，以便短期內(nèi)獲取更多的巡天觀測數(shù)據(jù)。 施密特在這里接受了一項(xiàng)革命性的研究項(xiàng)目，即制造一種全新的、性能超過折射和反射望遠(yuǎn)鏡的新型望遠(yuǎn)鏡。

他在天文臺(tái)的地下室里建立了簡單的工作室，幾年時(shí)間全身心地投入到研究新型望遠(yuǎn)鏡的工作中。經(jīng)過一次次的計(jì)算、推敲和反復(fù)試驗(yàn)，施密特終于在1930年交出一份令天文學(xué)家們十分滿意的結(jié)果：一架主鏡口徑為48厘米、改正鏡口徑為36厘米、主鏡口徑與焦距之比為2：1的折反射式望遠(yuǎn)鏡，創(chuàng)造了天文學(xué)家多年以來夢寐以求的奇跡。

施密特設(shè)計(jì)的這種折反射式望遠(yuǎn)鏡的光路非常巧妙，它用一塊球面反射鏡作為主鏡，放在鏡筒的后端，用一塊波浪形的折射透鏡放在主鏡前適當(dāng)?shù)奈恢?，作為改正鏡。改正鏡與主鏡的口徑比例大約為2：3。望遠(yuǎn)鏡的焦點(diǎn)不是聚焦在一個(gè)平面上，而是聚焦在一個(gè)曲面上。這個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，完美地把折射改正鏡的光線與反射主鏡的光線結(jié)合為一個(gè)整體，成像在焦面上。

在那個(gè)沒有機(jī)器幫助，沒有計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算的年代，僅憑他的大腦和一只左手，不僅要計(jì)算和試驗(yàn)光路的走向，還要磨出透鏡的精確波浪形狀，需要非常強(qiáng)大的毅力去克服常人想象不到的困難！為了緬懷施密特的天才創(chuàng)造和卓越貢獻(xiàn)，后人將施密特設(shè)計(jì)的這種折反射式天文望遠(yuǎn)鏡統(tǒng)稱為施密特望遠(yuǎn)鏡。

改進(jìn)型折反射望遠(yuǎn)鏡

施密特望遠(yuǎn)鏡取得了極大的成功，但是它的改正透鏡的制作過程難度極大。20世紀(jì)40年代，蘇聯(lián)的光學(xué)專家馬克蘇托夫針對這一情況對施密特望遠(yuǎn)鏡作了一些改進(jìn)。他將施密特望遠(yuǎn)鏡中極難制作的波浪形改正透鏡改為彎月形。彎月形改正透鏡的兩個(gè)面都是最容易磨制的球面，后面的主鏡不變，還是球面。這樣，制作過程就比施密特望遠(yuǎn)鏡容易多了。它的特點(diǎn)是同樣的口徑和焦距，比施密特望遠(yuǎn)鏡更加小巧玲瓏，使用起來也更輕便。

但是，與施密特望遠(yuǎn)鏡相比，它的視場要小一些，而且因?yàn)閺澰滦瓮哥R不能做得太大，所以這種望遠(yuǎn)鏡僅適合于比較小的口徑。例如許多天文愛好者使用的折反射望遠(yuǎn)鏡多為馬克蘇托夫型，而專業(yè)天文臺(tái)使用的折反射望遠(yuǎn)鏡多為施密特型。

施密特望遠(yuǎn)鏡可作不同的改變以適合某些特定的工作，如增加平場透鏡把焦面改成平面;增加一個(gè)凸面副鏡把焦點(diǎn)引到主鏡的背面或附近，形成卡塞格林系統(tǒng)。1951年，美國光學(xué)家貝克對這種系統(tǒng)進(jìn)行了研究，經(jīng)他改進(jìn)的具有超大視場的望遠(yuǎn)鏡，稱為貝克-施密特望遠(yuǎn)鏡，非常適用于觀察流星、慧星及人造衛(wèi)星等工作。

折反射式望遠(yuǎn)鏡兼顧了折射和反射兩種望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點(diǎn)，非常適合天文觀測和天文攝影，在世界各地的天文臺(tái)得到了普遍使用。國家天文臺(tái)興隆基地也有一臺(tái)60/90厘米的施密特望遠(yuǎn)鏡（改正鏡口徑60厘米，主鏡口徑90厘米），在大視場、高精度、低分辨率、大樣本天體巡天工作中一直發(fā)揮著非常重要的作用。