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为什么施密特望远镜的视场大?


最近受天气影响,有点文艺小清新的势头。有点嘛想法总想写一写,这也是最近内容更新频繁的一个原因。

想写是件好事,但前提是得有的写,乱七八糟胡乱吐槽的木有意义,所以也得需要一些灵感。
这段时间不算是太忙,但一刻也没闲着,上午刷刷arxiv,喝咖啡扯会儿蛋,貌似小日子安逸中却又有滋有味,其实除了每天能睡个懒觉外心里总还是有些事情想着如何去做以及做好,当然,首要的就是偶们的窄波段巡天。今天下午被老板请去“喝茶”,感觉任务艰巨,领导太忙,意味着以后该巡天的大部分事情将是我一人在搞,当然拍板的事还得是头儿说了算。学生期间因为有文章和毕业压着,都是在被动的去做,这次承蒙老板的信任和抬爱,给了我主导该巡天的权利,虽说很有挑战,但还是愿意去承担下来,难得的一次学习机会。
引言貌似又说多了,总之就是在构思一个完备的巡天计划时想到了一个问题——施密特望远镜(折反系统)的视场为什么会比其他常见的反射镜视场大?!
听起来好像是个很简单的问题,基础天文学前几节就会讲的内容,但是该问题讨论的过程却是费了好大精力。问了一些周围搞观测的学生和同事,包括本科天文出身的,也包括搞天文技术的,答案的第一句基本都是:因为改正镜,巴拉巴拉…
细究起来,这样说貌似也没什么错误,后面会提到。先从个人的认识一点点的说起吧。大学期间的天文爱好者期间也接触过一些折反望远镜,但是当时没有这些概念,仅仅是了解些和其他牛反和折射镜的区别而已。而真正认识到施密特望远镜时是07年在兴隆BATC实习期间。如果没有记错的话,当时听说施密特视场大的原因也是说因为多了改正镜,不过那个时候只是想了想,没有细究。当时的想法听起来有些天真,是这样的:如果标准的圆柱式反射望远镜镜筒没有多一个透镜的话,那么平行于光轴以及与光轴倾角不大的这片天区都可以被看到,而当镜筒前多了透(改正)镜后,可以把一些斜射的光经改正镜的折射后投射到反射镜上,因此比没有透镜时看到的范围要大(我不是搞光学的,不会画那种图,想象一下即可,这只是插曲,不影响对本文的理解)。听起来貌似天真的想法其实也是有些道理的,别着急发问,后面还有但是。But,改正镜的作用不表现在这里,它主要是用来改正由主镜造成的球面像差。因此说上面所说的那种情况是否正确还依赖于改正镜的规格。好了,关于这个当年的想法就到此为止,读者也别太较真,至少我觉得还是有这种可能的,不然你说服我?
咱们继续。严格上讲,从定义公式出发,视场是与望远镜的焦比有关,别说你不知到什么是焦比哈。OK,有视场的公式就好办了,比较望远镜的视场时只需比较它们的焦比即可。等等,先别着急,照这个思路想下去没错,但还是要插播一条,您要是总看电视的话会习惯这种插播的风格。在这里要插播一条:视场是神马?!这还不简单吗?视场就是我们能看到的范围。好吧,这个答案给你及格但是给不了满分,至少对于学天文观测的人是这样的。从天文观测的角度来说,视场还有有效视场一说。好,我暂且这样划分视场:可见视场和有效视场。可见视场就是前面给你及格的那个答案;有效视场其实就是有效的可见视场!听起来多么的废话,但事实就是这样,尤其是在CCD成像年代。这里不科普ccd哈。首先ccd做不了太大,其次是ccd不能像底片可以弯曲,还有一点就是望远镜总是有球差像差等等的。OK,由这几点就决定了有效视场。它实际上就是在可见视场中那块可供拍摄数据并保证观测数据有效的范围。为什么说与ccd大小有关?因为可见视场可以很大,但是ccd无法完全等同于焦平面;为什么说与ccd弯不弯曲有关?如果ccd能像底片一样可以弯曲,因为焦平面是弧形的,ccd的弯曲可以一定程度上改正有效视场;为什么与望远镜的各种*差有关呢?因为对各种*差的改正程度可以增加有效视场。插播完毕!说到这,答案已基本揭晓。上面说到望远镜视场只与焦比有关(公式推导请自行搜索,结果可直接参考基础天文学),与焦距成反比,特定口径下的望远镜焦距越短视场越大。说到这里让我们再想一下施密特望远镜的特点,没错,探测器在主焦上,相比反射镜的卡焦而言短,这也是其视场大的最主要原因。不过最近兴起了一些变态的缩焦技术,我不是专门搞光学的,没有发言权,就不往深了科普了。说了一大堆废话,其实重点就是一句话:施密特望远镜的视场大是因为焦比短,而改正镜其实是相比同样规格同样将终端放在主焦上的反射镜而言,增加了有效视场!
到这话题还没有结束,有点后续一并说完。这个问题看似简单,但为了严谨还是去找老板请教过。后来问老板关于望远镜以后发展趋势时,他提了个问题:关于施密特望远镜的定义到底如何?通常我们都认为是改正(透镜)镜+主镜(折反式),因为这是施密特爷爷当年的传统设计。天文圈里应该都知道,郭守敬望远镜(见文章配图)也是施密特式设计,这就有点颠覆概念了,改正镜是个反射镜,其实这也是一创新,因为透镜无法做的太大。如果您较真不说它是施密特望远镜叫它多镜系统也无妨。还有就是改正镜的位置不一定都要放在主镜前,比如光线可以先进主镜然后再经过改正镜最后聚焦成像。其实这种光路设计都是施密特的延伸,举一反三的创新精神也是值得偶们学习的哦。讲到这里已经和望远镜的视场无关,但也是一个延伸话题,算是买一送一的福利。
  1. 我原来画过光路图,除了有改正镜改正边缘像差外,主镜比改正镜大的设计使边缘的像不变暗

  2. 好像施密特是的望远镜肉眼不能看是吗?他的焦平面不是平的

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