伯恩哈德·施密特

伯恩哈德·沃尔德马尔·施密特（Bernhard Woldemar Schmidt，1879年3月30日－1935年12月1日）是一位德国裔爱沙尼亚光学设计家，成年后居住于德国。1930年发明了可以修正球面像差、彗形像差和散光像差的施密特摄星仪，这是第一种作为天文研究用的大范围、广角、且曝光时间短的反射式照相机。

## 童年

伯恩哈德·施密特是卡尔·康斯坦丁·施密特和玛丽·海伦·克莉丝汀·施密特（娘家姓罗森）的六个孩子中年纪最长的，另有二弟（一弟婴儿时夭折）三妹。伯恩哈德生于塔林湾内当时受俄罗斯帝国统治的奈斯岛（今属爱沙尼亚哈尔尤县）。该岛上的居民大多数是说瑞典语或爱沙尼亚语的瑞典裔爱沙尼亚人，不过施密特一家也会说德语。

施密特所住的岛屿上的居民主要以渔业和为入港船只导航的工作为生。伯恩哈德和他的弟弟奥古斯特·弗雷德里克童年时常一起在岛上探险。伯恩哈德在童年就显现他极度的好奇心、创造力和想像力。例如他年轻时就借着买镜头和旧的手风琴箱制作了自己的相机，并成功拍摄了岛上环境和他的家庭成员照片，甚至将部分摄影作品出售。他也对夜空和星座着迷。

一件不幸的悲剧使施密特的后半生被深刻影响。当他15岁时，一次使用火药的实验中他绑扎带电荷的铁管，但因为导火索连接错误造成管线爆炸，使他失去了右手拇指和食指。虽然他的母亲尝试清理和包扎伤口，塔林的医师仍将他的整个右手截肢。这件事让他深刻地后悔和反省，并且使他在之后的生活中技能超过了同期的人。

## 青年时期

虽然有如此不幸事件，施密特不久之后仍重新开始实验和发明。他拍摄了更多底片并擅长将这些底片冲洗和印制照片。1895年他搬到日瓦尔，并以修饰照片为职业一段时间。之后施密特进入 Volta Electrical Motor Works 任职，并因此相当精通制图。1901年他到了瑞典哥德堡进入查尔摩斯工学院就读，但不久后转学到萨克森王国的米特韦达大学继续他的学业。

## 成年

在德国求学期间他开始对天文学与光学感兴趣。原本他希望和著名的理论光学家卡尔·斯特列尔 (物理学家)进行研究，但斯特列尔不久后离职。施密特逐渐发现了他的天赋，也就是应用在天文上的高精确度光学研磨和抛光。他似乎在1901年的某个时候开始磨制镜片并出售他的产品给业余天文学家。1904年3月施密特完成学业以后，他新尝试的目标获得了极大进展，并且很快和德国各主要天文台的专业人员接触。施密特的事业在著名的天文学家，例如赫尔曼·卡尔·沃格尔以及卡尔·史瓦西表示施密特的镜片相当优异，对他们的研究有极大帮助之后迅速发展。

## 米特韦达时期

1904到1914年间施密特的事业快速发展，并且在德国获得了极高的声誉。他不只曾经尝试生产一些当时技术最困难且精确度最高的镜片，他还修正和改良一些由著名厂牌生产的镜片，例如波茨坦天文物理研究所内 Steinheil 生产的口径50公分的折射望远镜。随着业务的增加，施密特雇用了数位助手，其中两位继承了施密特宝贵的工作技术。施密特也购买了当时还是少见奢侈品的汽车，并雇用了一位朋友担任他的司机。施密特使用一个长焦距水平镜和一个定天镜拍摄了让人印象深刻的太阳、月球和行星的照片。当一个人知道施密特只使用一只手就能作如此精密的产品，他很难不因为施密特的技术而惊讶。

第一次世界大战从爆发到结束期间，当时爱沙尼亚因为受到俄罗斯帝国统治，施密特被视为敌侨而遭拘禁六个月。获释后他仍在警察的掌控之下，并且部分被认为有间谍工具嫌疑的天文仪器遭到没收。他尝试继续他的事业，但随着战争的拖累以及德国遭到击败，德国的经济状况相当严峻，且科学家没有发展天文的经费。战争之后因为德国的政治环境动荡和必须支付战争赔款，事业的情况并没有改善。1923年德国恶性通货膨胀更让许多人失去了所有的存款。1920年代中期施密特的事业遭到破坏，他不得不变卖他视为垃圾的剩余设备。

## 伯格多夫时期

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1916年起施密特就和设于汉堡市郊外伯格多夫的汉堡天文台台长里夏德·斯科尔（Richard Schorr）教授保持连络。斯科尔对施密特的水平反射镜和定天镜感兴趣，并向施密特订购产品使用在汉堡天文台上。战后当施密特的经济状况陷入困难时，斯科尔开始让施密特进行一些天文台的工作。斯科尔所能提供的也就只有伯格多夫的一间免费房子，以及维修地平望远镜的少许费用。1926年斯科尔提出时施密特一开始并未接受。施密特有多项的专利，其中一项就是以风力推动螺旋桨的船，施密特希望这项发明能够有利可图。他还回到爱沙尼亚探望家人，并寻求他的光学产品市场，这时爱沙尼亚已经成为共和国。

施密特的努力毫无效果，1927年时他的事业相当糟糕，因此接受了斯科尔的雇用。施密特在天文台主大楼的地下室建立车间，并开始修复水平望远镜。1927到1929年间施密特参与了两次由汉堡天文台办理的日食观测团，分别是前往瑞典北部和菲律宾。第二次观测日食期间施密特和他的伙伴，天文学家沃尔特·巴德公开了施密特一生中最重要的发明。这项发明对20世纪后半天文学和光学设计产生了革命性的发展，也就是以他的名字命名的广角反射式照相机。

## 施密特摄星仪

天文学家长期希望有一个方式可以快速地拍摄大范围天区以探测宇宙的可见区域和看到宇宙的大尺度结构。直到施密特的时代，一般的望远镜都是窄视野，视野直径只有1到2度。这种望远镜因为窄视野，在巡天时必须要花费多年时间和巨大投资，并且会错过了宇宙的大范围结构。使用小型照相机镜头也许可以看到较宽的视野，但是较暗淡（并因此较远）的天体将不可见。因此需要的是大光圈相机使大范围有好的影像品质（好的精确度）和高速焦比以减少曝光时间。

不幸的是，施密特时代以前唯一大口径广视野望远镜是一般的低焦比（约 f/3）反射望远镜，而这种望远镜在视野中央有锐利的影像分辨率，但离开视野中心影像分辨率将快速下降。这种状况下的恒星影像将会放大并变成彗星状，且方向会指向影像场的中央。这种状况是由称为彗形像差和像散的两种像差造成。在施密特之前不可能制造一个没有这些像差困扰的高焦比大口径反射望远镜。

施密特相当了解这些问题，并且在1920年代晚期一直在寻找可能的解决方案。根据沃尔特·巴德所述，施密特已经放弃了至少一个解决方案，而他最终的设计已经相当先进，跳脱了传统光学设计。施密特意识到他必须使用一个大的球面镜，而非反射望远镜使用的一般抛物面镜，以及一个口径较小的光阑膜片放在面镜的曲率中心，很快就可以解决彗形像差和像散。但仍会留下破坏影像分辨率的球面像差。

施密特大胆地放置一个薄而非常低曲率的非球面透镜（今日的施密特修正板）在光阑膜相同的曲率中心，解决了球面像差。这种非球面透镜形状复杂，在接近中心部分是凸透镜，但在边缘附近则是凹透镜。这种透镜产生了和球面反射镜相对的球面像差，抵销了反射镜的球面像差。这种方式非常巧妙，并且可以制造一个焦比达到 f/1.75 甚至更快的大型摄星仪，将可以产生视野超过15度的清晰影像，将可在短时间曝光的状况下拍摄大范围天区（数分钟时间，传统反射望远镜要数小时才能达成）。他的第一台摄星仪口径约36公分，焦比 f/1.75，该摄星仪现存于汉堡天文台的博物馆内。施密特结合了多种光学元件（球面镜、特殊位置的隔膜和修正版）组成一个简易的折反射式系统，施密特基于基本原理创造了划时代的成就。尤其修正板是之前的望远镜设计中从未出现过的。在施密特的发明之后数十年有许多新的折反射式系统出现。

## 晚年

施密特于1930年制造了第一个 "Schmidtspiegel"（后来称为施密特摄星仪），这造成了轰动世界的天文观测突破性发展。他使用了一个非常巧妙的方法（所谓的“真空锅法”）来制作相当难以制作的修正板，因此让系统可形成优异的影像。真空锅仔细的让平行的玻璃板在部分真空状况下变成轻微下垂弯曲，接着将上方平直曲线抛光。在真空释放后透镜将弹回形成照相机需要的“施密特形状”。在这之前无人能作出这样的透镜。

施密特在一些专业期刊上以德文简短发表了他的发明，并提供在专业天文台建立他的望远镜服务。可惜的是他的宣传过少，而且他的设计在当时太过先进。此外，他发明摄星仪时碰上了大萧条，因此没有收到任何订单，直到去世都只能依靠汉堡天文台微薄的收入。施密特在1934年制造了更大的摄星仪，并且磨制了口径60公分 Bergedorf-Steinheil 摄影折射望远镜。

施密特出差荷兰莱顿返回德国后，于1935年11月底感到身体不适。虽然他尝试进行治疗，仍去世于同年12月1日，享年56岁。验尸报告显示死因是肺部感染。

## 个人生活与遗产

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施密特从未结婚，无子女。在美国威尔逊山天文台工作的沃尔特·巴德宣布了施密特的死讯，之后施密特摄星仪的想法受到广泛应用。在帕洛马山天文台先后有1938年一个口径18英寸的施密特摄星仪和1948年口径122公分的塞缪尔·奥斯钦望远镜启用。后者进行了大量的观测和取得许多资讯。这证明了施密特的观念的卓越是不容置疑的。

在汉堡天文台的施密特摄星仪完成之后，1955年口径更大、制造更精良的施密特摄星仪在卡尔·史瓦西天文台启用，并且虽然已有技术更先进的产品已生产，这个口径2米的施密特摄星仪至今仍是世界最大的。汉堡天文台的施密特摄星仪于1976年转移至卡拉阿托天文台。

施密特是爱沙尼亚作家雅安·克罗斯所著小说《Vastutuulelaev》中的主角。

小行星1743以他的姓氏命名。

## 相关传记

- Barbara Dufner, Den Himmel Fest im Blick, Eine wissenschaftliche Biografie über den Astro-Optiker Bernhard Schmidt, (Stuttgart, 2002).
- Bernard Schmidt, "Ein lichtstarkes komafreies Spiegelsystem," Central-Zeitung für Optik und Mechanik 52.2 (1931), pp. 25-26; also in Mitteilungen der Hamburger Sternwarte in Bergedorf 36.7 (1932), pp. 15-17.
- Erik Schmidt (the son of August Fredrik Schmidt, and nephew of Bernhard Schmidt), Optical Illusions, The Life Story of Bernhard Schmidt, the Great Stellar Optician of the Twentieth Century, (Estonia, 1995). This is the only reliable account in English. Older sketches of Schmidt's life contain many errors and legendary tales.
- Richard Schorr, "Bernhard Schmidt†," Astronomische Nachrichten 258 (1936), col. 45-48.
- Jochen Schramm, Sterne über Hamburg, Die Geschichte der Astronomie in Hamburg, (Hamburg, 1996) and his website: *.
- Arthur Arno Wachmann, "Das Leben des Optikers Bernhard Schmidt," Sterne und Weltraum (1962/2), pp. 28-32.
- Ernst Julius Öpik, "Bernhard Schmidt (1879-1935)," Irish Astronomical Journal, vol. 3(8), p. 237

## 外部链接

- Hamburger Sternwarte - Schmidtmuseum
- Biography

## 基本资料

- 日语原文：伯恩哈德·施密特、Bernhard Woldemar Schmidt
- 出生地：俄罗斯帝国爱沙尼亚省奈斯岛、（今属爱沙尼亚）
- 逝世地：纳粹德国汉堡市
- 国籍：爱沙尼亚
- 职业：天文学家、光学设计家
- 雇主：汉堡天文台
- 母校：查尔摩斯工学院、米特韦达科技大学
- 知名于：发明施密特摄星仪