Камера Шмидта¶

Камера Шмидта — это тип астрономического телескопа, в котором в качестве основного оптического элемента используется сферическое зеркало, а для коррекции сферической аберрации применяется специальная линза (корректор Шмидта), установленная в центре кривизны зеркала. Относится к классу зеркально-линзовых телескопов (катадиоптрических систем). Отличительной особенностью камеры Шмидта является широкое поле зрения при высокой светосиле, что делает её незаменимым инструментом для обзорных астрономических съёмок (астрометрии, поиска астероидов, комет, переменных звёзд и галактик).

¶История создания

Камера была изобретена в 1930 году эстонским оптиком Бернхардом Шмидтом (1879—1935), работавшим в Гамбургской обсерватории (Бергедорф, Германия). Шмидт стремился создать инструмент, способный получать резкие изображения на большой площади фотопластинки, что было невозможно для классических рефлекторов из-за комы и астигматизма на краях поля.

Ключевая идея — установка асферической коррекционной пластинки в центре кривизны сферического главного зеркала — была впервые реализована Шмидтом в 1931 году. Первый инструмент имел апертуру 360 мм и светосилу f/1,75. После смерти Шмидта технология была усовершенствована, и к середине XX века камеры Шмидта стали основным инструментом для паломарских обзоров неба (например, 48-дюймовая камера Шмидта Паломарской обсерватории, США, 1948 год).

¶Устройство и принцип работы

¶Оптическая схема

Камера Шмидта состоит из трёх основных элементов:

1. Главное сферическое зеркало — вогнутое, формирует изображение. Сферическая форма зеркала проста в изготовлении, но вносит сферическую аберрацию (лучи от краёв зеркала фокусируются ближе, чем от центра).
2. Корректор Шмидта — тонкая асферическая линза, установленная в центре кривизны зеркала (на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала). Она имеет сложный профиль: в центре — слабая положительная линза, на краях — отрицательная, что компенсирует сферическую аберрацию зеркала. Корректор не вносит хроматизма, так как работает в параллельном пучке лучей.
3. Фокальная плоскость — расположена внутри трубы, между корректором и зеркалом, на половине радиуса кривизны. Для размещения приёмника (фотопластинки, ПЗС-матрицы) используется специальная оправка, которая может перекрывать часть светового потока.

¶Преимущества

• Широкое поле зрения — до 10–20 градусов (у классических рефлекторов — доли градуса).
• Высокая светосила — типичные значения f/1,5…f/3, что позволяет получать изображения слабых объектов за короткие экспозиции.
• Отсутствие комы и астигматизма — изображение точечных объектов (звёзд) остаётся резким по всему полю, вплоть до краёв.
• Простота изготовления главного зеркала — сферическая поверхность шлифуется быстрее и дешевле, чем параболическая.

¶Недостатки

• Ограниченный размер корректора — изготовление асферической линзы большого диаметра (более 1 метра) технологически сложно и дорого. Это ограничивает максимальную апертуру камер Шмидта (крупнейшие — 1,2–1,3 м).
• Криволинейное поле — фокальная плоскость не плоская, а сферическая, что требует использования изогнутых фотопластинок или специальных корректоров для ПЗС-матриц.
• Виньетирование — оправка приёмника частично экранирует световой поток (до 30–40% у краёв поля).
• Хроматизм — хотя корректор не вносит хроматизма в классической схеме, в ультрафиолетовой и инфракрасной областях возникают остаточные аберрации.

¶Разновидности и модификации

¶Классическая камера Шмидта

Описанная выше схема. Используется в большинстве обзорных телескопов XX века.

¶Камера Шмидта — Кассегрена

Модификация, в которой за главным зеркалом устанавливается выпуклое вторичное зеркало, а фокус выводится через отверстие в главном зеркале (как в системе Кассегрена). Это позволяет разместить приёмник вне трубы, упрощая конструкцию, но сужает поле зрения.

¶Камера Шмидта с корректором поля

В современных инструментах (например, в телескопе VST Европейской южной обсерватории) используются линзовые корректоры, выпрямляющие криволинейное поле для плоских ПЗС-матриц.

¶Система «Шмидт — Ньютон»

Комбинация камеры Шмидта с плоским вторичным зеркалом (как в ньютоновском рефлекторе). Используется в любительских телескопах, но даёт меньшее поле зрения.

¶Применение

¶Астрономические обзоры

Камеры Шмидта сыграли ключевую роль в составлении крупнейших каталогов неба:

• Паломарский обзор (POSS-I, 1950-е) — 48-дюймовая камера Шмидта Паломарской обсерватории (США) зафиксировала миллионы галактик и звёзд.
• Обзор UKST (Великобритания, 1970-е) — 1,2-метровая камера Шмидта в Австралии (обсерватория Сайдинг-Спринг).
• Обзор DSS (Digitized Sky Survey) — оцифрованные пластинки этих обзоров до сих пор используются для астрометрии.
• Обзор «Слоан» (SDSS) — использует 2,5-метровый телескоп с корректором Шмидта (модифицированная схема).

¶Поиск астероидов и комет

Широкое поле и высокая светосила позволяют оперативно обнаруживать движущиеся объекты. Например, телескопы системы Шмидта используются в проектах LINEAR, NEAT, Pan-STARRS (последний — модифицированная схема с 1,8-метровым зеркалом).

¶Спектроскопия

В некоторых спектрографах (например, в обзоре 2dF в Англо-Австралийской обсерватории) камера Шмидта используется для фокусировки света на волоконных световодах.

¶Любительская астрономия

Коммерческие телескопы типа «Шмидт — Кассегрен» (например, Celestron, Meade) популярны среди любителей благодаря компактности и светосиле, хотя их поле зрения меньше, чем у классической камеры Шмидта.

¶Крупнейшие камеры Шмидта

¶Интересные факты

• Бернхард Шмидт потерял правую руку в детстве при проведении опытов с порохом, но это не помешало ему стать выдающимся оптиком-практиком.
• Первая камера Шмидта была построена на средства, выделенные Гамбургским сенатом, и первоначально использовалась для фотографирования комет.
• В 1950-х годах в СССР была создана 1-метровая камера Шмидта на Кисловодской горной астрономической станции (ныне — часть Пулковской обсерватории). Она использовалась для наблюдений солнечной короны и звёздных полей.
• В 2010-х годах на базе камер Шмидта были разработаны роботизированные телескопы для поиска экзопланет (например, проект HATNet).

¶Критика и ограничения

Основным ограничением классической камеры Шмидта является сложность изготовления корректора большого диаметра. Для апертур свыше 1,5 метра асферическая линза становится чрезвычайно дорогой и хрупкой. Кроме того, кривизна поля требует использования специальных изогнутых фотопластинок или дополнительных корректоров, что усложняет конструкцию. В современных обзорных проектах (например, LSST) отдают предпочтение трёхзеркальным схемам, которые лишены этих недостатков, но имеют более сложную оптику.

¶Источники

• Бернхард Шмидт и его камера // Астрономический журнал, 1935, т. 12, № 4.
• Bowen I. S. The Schmidt Camera // Astrophysical Journal, 1950, v. 112, p. 1.
• Максутов Д. Д. Астрономическая оптика. — М.: Наука, 1979.
• Руководство по астрономическим инструментам / Под ред. А. Б. Северного. — М.: Мир, 1985.
• Официальные страницы Паломарской обсерватории и Европейской южной обсерватории (ESO).