紫金山天文臺的巡天望遠鏡

新華社2007年5月15日電，中國科學院紫金山天文臺發現一顆阿波羅型近地小行星，國際臨時編號為2007 JW2，這是中國發現的第二顆近地小行星.由此位于江蘇與安徽交界處的紫金山天文臺盱眙觀測基地引起了世人的矚目.

發現這顆阿波羅型近地小行星的望遠鏡，是紫金山天文臺盱眙觀測基地的1 m口徑施密特巡天望遠鏡(如圖1)，其光學系統結構屬于經典的施密特望遠鏡系統.安裝于鏡筒前端的施密特改正板是一塊近似平板狀的透鏡，口徑為1 m.安裝于鏡筒底部的主鏡口徑為1.2 m，CCD相機(CCD是一種半導體裝置，能夠把光學影像轉化為數字信號)位于鏡筒中部望遠鏡焦點平面附近.施密特巡天望遠鏡的焦距為1.8 m，焦比為1.8(焦比=焦距/口徑，等同于照相機鏡頭的光圈數)，屬于短焦距小焦比的望遠鏡.巡天望遠鏡的焦距越短，CCD相機所能拍到的星空面積就越大，而小焦比意味著拍攝一幅星空圖像的時間可以更短(這和我們日常用照相機拍照時把光圈數打小就可以縮短快門的曝光時間一樣).有這兩個有利因素，再加上1 m的大口徑，使盱眙觀測基地的施密特巡天望遠鏡的觀測效率和極限星等(即視星等，恒星亮度單位)都很高，在晴朗的觀測夜曝光60 s可以拍攝到暗至22.3等的恒星，CCD相機的視場可以覆蓋4平方度(量度天體在天球所占面積的單位)的星空(滿月視面積約0.25平方度).

說起施密特式望遠鏡，就不能不說說施密特這個人.施密特是愛沙尼亞裔的德國光學家，獨臂的他一生比較坎坷，早年從事過描圖員，電報報務員等工作，還做過攝影師.23歲之后，他來到現代光學儀器的發祥地德國，學習工程技術，后來成為一名優秀的光學技師，在德國從事光學儀器方面的工作多年.1926年，施密特進入德國漢堡天文臺作技師工作，5年之后他向世人公布了他設計的新型天文望遠鏡，并且制造出了一臺口徑24 cm的新型望遠鏡樣機，還用此望遠鏡拍攝了大視場的星空照片，施密特望遠鏡就此得名.

施密特望遠鏡的誕生在光學儀器領域和天文學領域都具有劃時代的意義.在20世紀40年代初，國際天文界用于天文觀測的天文望遠鏡分為兩類，一類是以折射透鏡構成的折射式望遠鏡，一類是以反射鏡構成的反射式望遠鏡.短焦距的折射式天文望遠鏡主要用于巡天觀測，其視場直徑可以達到5~7度，但是由于大塊的光學玻璃很難達到折射率均勻一致，且透鏡安裝在望遠鏡鏡筒內時只能采取在透鏡的邊緣裝夾的方式(就如同眼鏡片安裝在眼鏡框里一樣)，當透鏡的口徑太大時，其自重引起的自身變形會嚴重影響到望遠鏡的成像質量，因而其口徑在當時只能做到40 cm~50 cm.長焦距的折射式天文望遠鏡，其鏡頭的透鏡厚度雖然比短焦距的折射式巡天望遠鏡的要薄，自重也相應輕一些，但是其口徑也已經做到了極限，以美國葉凱士天文臺的長焦距折射望遠鏡口徑為最大，達到空前絕后的1.01 m.反射式天文望遠鏡的光學鏡頭都是反射鏡，光線不用透過光學玻璃內部，與光學玻璃的折射率是否均勻一致也完全沒有關系，且反射鏡的安裝方式與折射透鏡截然不同，可以采取在反射鏡的背面做多點支撐的方式，鏡片的自重變形可以控制到完全不影響到望遠鏡的成像質量，因而反射式天文望遠鏡的口徑當時已經做到2.5 m(如美國威爾遜山天文臺的胡克望遠鏡).但是反射式天文望遠鏡的視場都比較小，都在1度左右，因而若用于拍攝大面積的星空照片的巡天觀測時，其觀測效率是很低的.

施密特望遠鏡的天才設計在于他把折射式巡天望遠鏡的短焦距和大視場與反射式天文望遠鏡的大口徑融為一體.如圖2，施密特改正板是一塊近似平板狀的透鏡，其厚度比長焦距折射式天文望遠鏡的鏡頭厚度更薄，因而口徑可以做到更大.同時用一塊口徑更大的短焦距凹球面反射鏡作為聚光元件，使望遠鏡做到了大口徑和短焦距與大視場三者兼得，其視場可以達到100平方度以上，使天文望遠鏡巡天觀測的觀測效率和極限星等提高數倍，至此人類的天文學迎來了大口徑大視場巡天觀測的新時代.此后各國陸續建成口徑1 m以上的施密特望遠鏡多臺，最著名的當數美國帕洛馬山天文臺的口徑1.2 m施密特望遠鏡，和澳大利亞賽丁斯普林山英澳聯合天文臺的口徑1.2 m施密特望遠鏡，這兩臺世界頂級的巡天望遠鏡共同拍攝完成了著名的帕洛馬天圖，覆蓋了南天和北天的所有星空，這也是人類有史以來第一次拍攝全天的星空.

責任編輯 蔡華杰