Schmidti kaamera

Schmidti kaamera ehk Schmidti teleskoop on astrofotograafias kasutatav laia vaateväljaga aberratsioonivaba teleskoop.

1930. aastal leiutas Naissaarelt pärit optik Bernhard Schmidt Hamburgi lähedal Bergedorfi observatooriumis moonutusteta kujutise ja laia vaateväljaga valgusjõulise peegelteleskoobi tüübi, mida hakati nimetama Schmidti kaameraks. See võimaldas taeva fotografeerimist, mitte vahetut visuaalset vaatlust. Kuna Schmidti kaamera fokaaltasand on kumer, tehti fotod algselt kumeraks painutatud fotoplaatidele, hiljem filmile, uuemal ajal paigutatakse fookusesse digitaalsed detektorid sfäärilise pinna puutujatena.

20. sajandi esimestel kümnenditel olid astronoomias peamisteks vaatlusvahenditeks paraboolse peapeegliga peegelteleskoobid. Üha suuremad peeglid võimaldasid näha üha kaugemale, kuid optilisest teljest kaugenedes halveneb paraboolpeegli kujutis kiiresti kooma ja astigmatismi tõttu. Selliste teleskoopide vaateväli oli kitsas ega võimaldanud fotografeerida suuremaid taevaalasid. Bernhard Schmidt leiutas korrektsiooniplaadi, mis tagab moonutusteta kujutise palju laiemas vaateväljas. Schmidti kaamera oli esimene korrektsiooniplaadiga katadioptriline teleskoop maailmas, kaamera põhjustas revolutsiooni vaatlevas astronoomias ja sai üheks 20. sajandi tuntuimaks optiliseks süsteemiks.

Schmidti kaamera tööpõhimõte

Erinevatel kujutist tekitavatel optikakomponentidel, läätsedel või peeglitel, on mitut tüüpi moonutusi ehk aberratsioone. Läätsede kõige olulisemaks aberratsiooniks on kromaatiline aberratsioon, mis peeglitel puudub. Mittetasapinnalistel peeglitel võivad esineda sfääriline aberratsioon, kooma, astigmatism ning kujutise mastaabi moonutused - tünni- ja padjakujuline distorsioon. Kõik need moonutused võivad esineda ka läätsedel ja on seda suuremad, mida suurema nurga all optilise teljega langeb objektilt tulev valgus - ehk mida laiem on optikasüsteemi vaateväli.

Lihtsaim mittetasapinnaline optiline komponent on sfääriline peegel. Sellise peegli vältimatuks omaduseks on sfääriline aberratsioon, mille korral optilisest teljest erinevatel kaugustel asuvatelt peegli tsoonidelt peegeldunud valguskiired koonduvad fookusesse erinevatel kaugustel peeglist ning kogu peegli tekitatud kujutis on udune. Samas puudub sfäärilisel peeglil kooma ning võimalikku astigmatismi saab vältida suurema täpsusega tootmisprotsessiga.

Bernhard Schmidti idee oli geniaalne: kui asetada sfäärilise peegli ette õhukene lääts, mis kompenseerib sfäärilise peegli sfäärilist aberratsiooni nii, et peegli erinevate tsoonide efektiivsed fookuskaugused muudetakse muutuva tugevusega läätse abil võrdseks, siis koonduvad mingist punktallikast kõik valguskiired ühte fookuspunkti. Lääts on keskelt veidi paksem ning õheneb äärte suunas. Schmidt leiutas ka sellise läätse tootmiseks vajaliku ja tehnoloogiliselt väga lihtsa vaakummeetodi.

Lisaks kasutas ta süsteemis koos korrektsiooniläätsega ka apertuuri ehk ava, mis mõlemad asuvad peeglist kahekordse fookuskauguse kaugusel. Niimoodi saadakse kujutis, mis on vaba sfäärilisest aberratsioonist, millel puudub kooma ning mille astigmatismi on võimalik kontrollida tootmistäpsuse tõstmisega. Korrektsiooniläätse kromaatiline aberratsioon on tühine.

Klassikalise Schmidti kaamera miinusteks võib pidada selle toru suhteliselt suurt pikkust ning fookuse tekkimist sfäärilisele pinnale kaamera sees.

Schmidti kaamerad maailmas

Euroopa majandusraskuste tõttu võeti see esialgu kasutusele peamiselt USA-s. 1936. aastal valminud 18-tollise Schmidti kaamera abil avastas Fritz Zwicky Mount Palomari observatooriumis üle 100 supernoova teistes galaktikates ja sai esimesed tõendid tumeaine olemasolust. 1939. aastal alustatud ja 1948. aastal valminud 48-tolline Schmidti kaamera nimetati 1986. aastal Samuel Oschini teleskoobiks ning töötab täiendustega tänapäevani. 20. sajandil ehitati arvukalt Schmidti teleskoope. Maailma suurim klassikaline Schmidti teleskoop asub Karl Schwarzschildi observatooriumis Tautenburgis Saksamaal, selle sfäärilise peapeegli läbimõõt on 2 meetrit. Maailma suurim Schmidti optikasüsteemi adapteeritud versioon on Hiinas asuv teleskoop LAMOST, mille peapeegli läbimõõt on 6 meetrit ning peegeldava korrektsioonipeegli läbimõõt 4 meetrit.

Arvukalt eksoplaneete avastanud NASA kosmoseteleskoop Kepler kasutas samuti klassikalist Schmidti kaamera skeemi.

Kirjandus

Uno Veismann. "B. Schmidti optikasüsteem" – Tähetorni Kalender 1984, nr 60, lk 44–51 .

Välislingid

Hamburgi observatooriumi fotoplaadiarhiiv, esimese Schmidti teleskoobi pildid (saksa keeles), vaadatud 13.02.2025