“尋天警察”創(chuàng)造的奇跡

□ 陳 丹

為了緬懷施密特的偉大功績，人們把施密特設(shè)計的這種折反射望遠鏡稱為施密特望遠鏡（Schmidt telescope），或者由于它專門用于天體攝影而稱之為施密特照相機（Schmidt camera）

施密特望遠鏡的發(fā)明創(chuàng)造了天文學家夢寐以求的奇跡，被視為是20世紀上半葉，改變天文學和光學設(shè)計的劃時代的重要科學成果。由于球面反射鏡對于各個方向射入的光線是完全一樣的，因此，可以獲得大到15°以上的視場，而焦比可以小到1.75。波浪性的透鏡又正好能改正光線經(jīng)過反射鏡時產(chǎn)生的各種像差，得到如反射望遠鏡一樣的高清晰度。它拍攝的單張照片所包含的星像可以多達百萬顆恒星和10萬個星系。因此，施密特望遠鏡非常適合做天體攝影工作，可獲得大面積天區(qū)的高清晰度照片，被人們譽為“巡天警察”。

這幅室女座星系團中心附近的照片，是由帕洛馬山天文臺120厘米施密特望遠鏡拍攝的，可以充分體現(xiàn)這種望遠鏡作為“巡天警察”作用。室女座星系團是距離我們最近的星系團（其中心距離7000光年），由于離得近，以至于它在天空橫跨超過5°，大約是是滿月的10倍。此圖中有一連串醒目的星系組成一個星系鏈，穿過室女座星系團的中心，被稱為馬卡萊恩星系長鏈（Markarian's Chain of Galaxies ），長鏈向左上延伸，連接數(shù)個旋渦星系，包括左上角的M88。右下角最顯眼的是兩個大型透鏡狀星系——M84和M86

帕洛馬山的120厘米施密特望遠鏡和帕洛馬巡天

但是在施密特生前并沒有多少人接受這一設(shè)計而請他研制大型施密特望遠鏡。1931年他的同事、合作伙伴沃爾特·巴德離開漢堡天文臺，到美國威爾遜山天文臺工作，隨身帶去了施密特望遠鏡的制作計劃。當時建造5米大型反射望遠鏡的工程已經(jīng)開始，項目負責人意識到，這種新型望遠鏡可以為他們的龐然大物做最好的補充，可以讓它充當“導星鏡”，先確定有趣的目標后，再讓5米鏡去仔細觀察。于是首先由藝術(shù)家和工程師拉塞爾·波特（Russell W. Porter，1871 ～1949）設(shè)計了一架改正鏡45厘米、口徑65厘米的施密特望遠鏡，于1936年在帕洛馬山天文臺投入使用，取得令人振奮的成功——用此望遠鏡發(fā)現(xiàn)了遙遠星系里的超新星；接著由威爾遜山天文臺的青年光學怪才唐·亨德里克斯（Don Hendrix，1905～1961）主持磨制的改正鏡122厘米、口徑186厘米的施密特望遠鏡于1938年開始建設(shè)，期間與5米鏡一樣，經(jīng)歷了由于第二次世界大戰(zhàn)而產(chǎn)生的停頓，于1948年才宣告建成。

這架后來被命名為塞繆爾·奧斯欽望遠鏡（Samuel Oschin Telescope）的120厘米施密特望遠鏡，在全球施密特望遠鏡中排名第二，不僅以5米海爾望遠鏡的配套設(shè)備聞名于世，而且以此設(shè)備為基礎(chǔ)誕生了對于天文學產(chǎn)生深遠影響的帕洛馬巡天計劃（Palomar Observatory Sky Survey，縮寫POSS）。

1956年的天文學家巴德，他曾是施密特的同事，對于推動在帕洛馬山天文臺建造施密特望遠鏡發(fā)揮了巨大作用

1941年藝術(shù)家和工程師拉塞爾·波特繪制的塞繆爾·奧斯欽望遠鏡圖

此計劃由美國國家地理學會出資，由帕洛馬山天文臺用其120厘米施密特望遠鏡實施，完成于1958年（最初的底片拍攝于1948年11月，最終的觀測則是一直進行到了1958年春），出版了一套空前完善和均勻的帕洛馬巡天星圖。使用的底片是柯達公司的14英寸103a-E紅敏底片與103a-O藍敏底片，每個天區(qū)用兩種底片加寬帶濾光片各拍攝一次，覆蓋帕洛馬天文臺可見的整個天空。1958年最終完成時，被測天區(qū)南限從最初計劃的赤緯-27度延伸到了-33度，共拍攝了900余組照片，彼此相隔6度。

帕洛馬山天文臺的改正鏡45厘米、口徑65厘米的施密特望遠鏡

哈勃與塞繆爾·奧斯欽望遠鏡（1948年）

自完成以來，帕洛馬巡天星圖風靡世界，幾乎成了各國專業(yè)天文觀測的標準工具，如——針對變星或新星的識別；新天體的發(fā)現(xiàn)，矮星系、互擾星系、星團、太陽系小天體；同時也廣泛用于射電或紅外源的多波段證認。

第二期帕洛馬巡天于1985年至2000年進行。此時已經(jīng)被命名為“塞繆爾·奧斯欽”的120厘米施密特望遠鏡專門加裝了消色差裝置，為與南天巡天保持一致，各被測天區(qū)的間距選為5度，而非之前的6度。二期巡天所用底片也換為顆粒更細致的藍敏IIIaJ、紅敏IIIaF與近紅外IVN三種，共拍攝897組。這是CCD完全占領(lǐng)專業(yè)天文觀測之前的最后一次大規(guī)模照相底片巡天。

始于20世紀50年代的帕洛馬巡天，在數(shù)字時代的延續(xù)是，1994年公布的數(shù)字化巡天（Digitized Sky Survey，DSS）?？臻g望遠鏡科學研究所最初進行這一計劃的目的是為哈勃空間望遠鏡提供引導天體，結(jié)合南天的部分數(shù)據(jù)，構(gòu)成了導星星表的主體。

為塞繆爾·奧斯欽望遠鏡安裝的大面積探尋照相機（QUEST Camera ）

塞繆爾·奧斯欽望遠鏡藝術(shù)照片

塞繆爾·奧斯欽望遠鏡圓頂

美國天文學家桑德奇（Allan Rex Sandage，1926～）在1999年的回顧文章中如是說，帕洛馬巡天之前，人們對深空世界是所知無幾的，那種無知的程度甚至可能讓親歷者都難以回首。一二期帕洛馬巡天前后跨越了數(shù)十年，標示著底片照相時代的輝煌，也見證了天文底片的沒落。二期巡天過后不久，塞繆爾·奧斯欽望遠鏡進行了自動化改裝，換用CCD，并分別在1960年建成，為紀念德國天文學家和設(shè)計工程師Alfred Jensch（1912～2001）而被命名為Alfred Jensch望遠鏡，其反射鏡直徑達200厘米，改正鏡直徑達143厘米，焦距為4米，視場為3.4×3.4平方度。

格林菲斯天文臺的大畫卷展項 此展項充分展示了塞繆爾·奧斯欽望遠鏡的巡天本領(lǐng)。這幅圖像展示的是比人眼視力達到的距離遠1千萬倍的，太空深處的畫面——離地球最近的室女座星系團中一片很小的區(qū)域。圖像陳列在114塊獨立的琺瑯展板上，每塊展板高2米，寬1.2米，重約32千克，包括1百萬個星系，50萬顆恒星，1千個小行星和至少1顆彗星，由2004年到2005年間20個晚上“帕洛馬數(shù)字巡天計劃”采集的數(shù)據(jù)2千億字節(jié)數(shù)據(jù)中選出合成，大小有24.6 億像素。 在大畫卷對面坐著愛因斯坦的銅像

鬩神星的藝術(shù)概念畫 鬩神星是2003 UB313的正式命名。塞繆爾·奧斯欽望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一系列柯伊伯帶天體，以此星為最大，超過冥王星，導致2006年國際天文學聯(lián)合會對于行星的重新定義。

卡爾?史瓦西天文臺的143厘米施密特望遠鏡，世紀最大的施密特望遠鏡

其次就是我們上面介紹的帕洛馬山天文臺的塞繆爾·奧斯欽望遠鏡望，反射鏡直徑186厘米，改正鏡直徑122厘米。

1973年，英奧天文臺（設(shè)于澳大利亞賽丁泉天文臺之內(nèi)）建成英國施密特望遠鏡（UK Schmidt Telescope），與塞繆爾·奧斯欽望遠鏡望一樣，其反射鏡直徑為186厘米，改正鏡為122厘2001年和2003年配備了近地小行星追蹤照相機與大面積探尋照相機（QUEST Camera ），繼續(xù)從事巡天工作，主要目標是近地小天體與變源。2005年，望遠鏡因首顆大于冥王星的柯伊伯帶天體——2003 UB313的發(fā)現(xiàn)而在公眾中一舉成名，很大程度上也導致了翌年國際天文學聯(lián)合會（IAU）對行星的重新定義。這也算是這架傳奇設(shè)備經(jīng)歷的延續(xù)吧。

英奧天文臺的英國施密特望遠

全球施密特望遠鏡排行榜

目前全球最大的施密特望遠鏡在德國圖林根自由邦的耶拿市陶騰堡的卡爾?史瓦西天文臺（Karl Schwarzschild Observatory），米。視場為6×6平方度。20世紀70年代歐洲南方天文臺在智利的拉西拉天文臺（La Silla Observatory）建成反射鏡直徑162厘米、改正鏡100厘米的施密特望遠鏡。此時性能更好的底片問世了，英奧天文臺的英國施密特望遠鏡和歐洲南方天文臺的施密特望遠鏡進行了大規(guī)模南天巡天觀測，以補充帕洛馬巡天的南天之不足。1994年公布的數(shù)字化巡天和2007年公布的GoogleSky巡天，也都采用這兩個施密特望遠鏡的巡天數(shù)據(jù)。

比較大的施密特望遠鏡還有：委內(nèi)瑞拉天文研究所的反射鏡150厘米、改正鏡100厘米的施密特望遠鏡；日本東京大學天文臺木曾觀測所的反射鏡150厘米、改正鏡105厘米的施密特望遠鏡；法國地球動力學與天文研究探測中心的反射鏡150厘米、改正鏡90厘米的施密特望遠鏡；瑞典烏普薩拉大學天文臺的反射鏡137厘米、改正鏡102厘米的施密特望遠鏡；德國漢堡天文臺的反射鏡122厘米、改正鏡81厘米的施密特望遠鏡；比利時皇家天文臺的反射鏡117厘米、改正鏡84厘米的施密特望遠鏡；南非波伊登天文臺的反射鏡81厘米、改正鏡90厘米的施密特望遠鏡等。

我國第一臺施密特望遠鏡是1963年從德國蔡司公司進口的，安裝在國家天文臺興隆觀測站，反射鏡為90厘米，改正鏡為60厘米。2002年我國研制了反射鏡為120厘米、改正鏡為105厘米的施密特望遠鏡，安裝在紫金山天文臺盱眙的天體力學觀測基地，主要從事太陽系天體和人造天體動力學的實測研究。

歐洲南方天文臺在智利的拉西拉天文臺建成的100厘米的施密特望遠鏡

耶拿天文臺的90厘米施密特望遠鏡

紫金山天文臺盱眙天文觀測站的104厘米的施密特望遠鏡