祖傳天文學家：卡西尼祖孫四代創造傳奇

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共3780字，40圖。預計閱讀時間：20分鐘。

卡西尼號探測器是人類有史以來發射的第4顆土星探測器，不過她實際上是人類研製的第1顆成功環繞土星飛行的探測器。其發現的科學成果之多、運行時間之久，都非常引人注目。上圖為卡西尼探測器拍攝的土星照片。

1997年10月15日，卡西尼探測器在美國佛羅里達州卡納維拉爾角第40號發射工位升空，2004年7月1日，探測器進入繞土星的軌道，而在我寫本文的時候，該探測器依然在環繞土星飛行。

在卡西尼探測器的生命進入尾聲的時候，小火箭給出卡西尼系列文章，來探討卡西尼之名、之行、之功、之命，來回顧她的一生。

本文是小火箭卡西尼系列文章的第1篇。小火箭將與大家一起探討一個問題：這個如此重要的土星探測器，為什麼取名為卡西尼？

太陽王

在介紹卡西尼探測器本身之前，我覺得有必要先介紹該探測器名字的來由。

畢竟，就像探測木星的探測器以率先發現木星的4顆大衛星的大科學家伽利略命名，重型運載火箭以大力神為名一樣，航天飛行器的名字往往也就隱含著人類對她的期待和對先賢的紀念或者對神靈的敬畏。

這一切，要從波旁王朝有「太陽王」之稱的國王路易十四開始說起。

（亞森特·里戈的畫作忠實再現了路易十四對時尚和奢華的追求。帶有紅色鞋跟的高跟鞋非常惹眼。）

在路易十四親政期間（1661-1715年），法國發動了3次重大的戰爭：法荷戰爭、大同盟戰爭、西班牙王位繼承戰爭和2次小規模的衝突。法荷戰爭和2次小衝突讓他建立了霸權，使他在1680年開始成為歐洲至高無上的霸主。

路易十四這位人類有史以來迄今為止在位時間最長的君主（算上其攝政和親政的總時間，長達72年3月18天）在掌權不久後，就對天文學產生了濃厚的興趣。1667年，時任法國海軍大臣科爾貝爾向路易十四建言建設法國國家天文台。

上圖為路易十四與皇家科學院的會員們在一起聊天的場景。後面就是建設中的法國國家天文台（後更名為巴黎天文台）。

這就是後來名為巴黎天文台的重要科研機構。歷時四年之久，在路易十四的大力支持下，擁有當時歐洲最好的觀測設備的巴黎天文台於1671年建成。

在法國歷史上的強盛時期，皇室對天文學和地理學的興趣頗為濃厚。

為探求這個說法的真實性，小火箭到盧浮宮去找尋法國皇室與天文的關係。除前文給出的路易十四籌建巴黎天文台的繪畫之外，小火箭尋到了不少物證。上上圖為皮套中的地球儀，而皮套內層則繪有精密的星圖，本身又構成一個天球儀。上圖為帶有星空鏤空的黃金球，內盛點燃的蠟燭後，可在牆壁或天花板上閃耀出星空的樣子。小火箭攝於盧浮宮。

當然，路易十四玩起天文來，其角度和大家有所不同。這是他cosplay天神宙斯的場景，款式新穎的涼鞋剛好踩在美杜莎盾牌上，萌萌噠！或許，對星空的探索能夠讓他找到更多的樂趣吧。

卡西尼

大樓已建成，大師何處尋？

恰好，自1640年開始就曾擔任熱那亞共和國（如今的義大利境內）博洛尼亞大學天文學教授一職的喬凡尼·多米尼克·卡西尼已經在法國待了兩年了。

1665年，這位在西方世界公認的最古老的綜合型公立大學供職的教授發現了木星的大紅斑。路易十四求賢若渴，不顧卡西尼的國籍情況，在巴黎天文台建成伊始就任命46歲的卡西尼為台長。

卡西尼在天文觀測方面的天賦展露無遺。他通過對木星大紅斑的形態持續觀察，推測木星表面有濃厚的大氣，並給出了木星自轉周期的估算值（與今天的數值幾無二致）。上圖為卡西尼探測器路過木星時拍攝的木星。

他觀測火星的運轉，並認為火星的自轉周期為24小時40分鐘（僅比現代觀測值多了3分鐘）。

任巴黎天文台台長期間，卡西尼是罕有的能夠讓路易十四聽從建議的人。路易十四喜好裝飾，而卡西尼則力勸國王將原本用於購置奢華物品的經費用來擴建天文台。

上圖和上上圖為小火箭攝於盧浮宮皇室器物展的金器。如果放開了讓路易十四來搞天文的話，望遠鏡和其他儀器設備的精度不敢說，但奢華程度一定可以保證。

在卡西尼的影響下，路易十四開始醉心於打造一個具備先進觀測水平的天文台，開始重視性能而非奢華，開始準備為了科學而做出犧牲。

小火箭覺得在這裡有一件非常值得一提的事情。

太陽王路易十四喜歡噴泉。他原本規劃的在凡爾賽宮內的噴泉造景規模極其龐大，每日的用水量與整個巴黎市區的生活用水量相當。

我們能夠從印象派的創始人之一，生在法國的油畫家西斯萊的畫作中看到當年為路易十四的凡爾賽宮大噴泉取水的水利設施。

啥？為什麼無論是史書上還是去凡爾賽宮現場，我們都沒有看到如此規模的噴泉呢？

答：拆了。

為了讓巴黎天文台的巨大無比的天文望遠鏡有一個足夠穩固的高高的支座，路易十四不惜拆除了原本用於給凡爾賽宮噴泉提供水壓的高塔。

這座高塔被用大量的馬匹和人力運送到了巴黎天文台，成為了支撐巨大的天文望遠鏡的架子。

執掌巴黎天文台的卡西尼，不負眾望，用莫里哀見過後感慨「大得嚇人」的長度超過40米的望遠鏡，在1671年（卡西尼擔任天文台台長第一年）就新發現了土星的一顆衛星土衛八。

上圖為卡西尼探測器於2004年12月31日拍攝的土衛八。

一年後，他又發現了土衛五。上圖為卡西尼探測器於2005年拍攝的土衛五。

雖然早在1610年，伽利略老爺子就發現了土星的光環。但是，指出土星光環的本質結構的，依然是卡西尼。小火箭要強調的是，這兩位都是土生土長的義大利人。

1675年，卡西尼發現土星美麗的光環中間有一條狹長的縫隙，由此推測，土星光環並非是一塊完整的平板，而是由無數較小的物體組合而成的。這個猜測如今看來是正確的。

上圖為卡西尼探測器在2006年9月15日拍攝到的土星全貌。小火箭覺得這光環美得攝人心魄！

土星光環的這道大黑縫，也就被稱作「卡西尼環縫」。當然，隨著人類觀測手段的進步，土星光環的細緻結構也就更清晰地呈現在了我們眼前。這個環不僅僅有一條縫，實際上有許許多多環縫。

上圖為卡西尼探測器尋著當年認定的卡西尼環縫的位置拍攝的土星光環照片。

在1684年，卡西尼又發現了土衛四和土衛三。

這是卡西尼探測器在2007年拍攝到的土衛四。

卡西尼探測器在2005年拍攝的土衛三。

由此可見，有關土星光環的縫隙和土星衛星的事情，卡西尼算是有突出貢獻的了。這也就是人類迄今為止最強大的土星探測器要以卡西尼的名字來命名的主要原因。

祖傳

實際上，卡西尼並不是一個人在戰鬥。在今天看來歸於卡西尼名下的發現，有可能來自同樣名為卡西尼的喬凡尼·卡西尼的子孫。因為，卡西尼本人、他兒子、他的孫子和他的曾孫，一家四代，相繼擔任巴黎天文台台長一職，這卡西尼家族可謂是祖傳天文學家了。

卡西尼的小兒子J·卡西尼，17歲的時候就入選為巴黎皇家科學院的會員了（這個科學院就是法蘭西科學院的前身）。

這位翩翩少年經常出入皇家科學院，與各位科學家探討科學與哲學問題。這個科學院就設置在法國皇宮盧浮宮的圖書館內，因此他也能經常見到前來尋求一些問題的科學解答的太陽王路易十四本人。

或許是造物主責怪老卡西尼向人類透露了太多星球運行的奧秘。1711年，曾經發現了木星的大紅斑，發現了土星的四顆衛星，分析出土星光環結構的86歲的老卡西尼突然雙目失明。

這對一位天文學家的打擊實在是太大了。

第二年，老卡西尼就去世了。

老卡西尼最寵愛的幼子，在17歲就出入盧浮宮的J·卡西尼在老卡西尼失明那一年已經34歲了。他接過了父親巴黎天文台台長的重任，成為了第二任台長，人稱第二代卡西尼。

第二代卡西尼J·卡西尼的主要貢獻就是測出了地球半徑的長度。

他通過兩次測量和計算，分別給出了地球半徑為：

6375.998公里和6371.860公里

的結論。

按照現代地球模型的6357公里的極半徑和6378公里的赤道半徑來看，在18世紀能夠取得這樣的精度，實在是個了不起的成就。

C·F·卡西尼是第二代卡西尼（J·卡西尼）的小兒子，也就是第三代卡西尼。

他25歲的時候，入選巴黎皇家科學院會員。

1771年，57歲的第三代卡西尼成為巴黎天文台的第三任台長（同時也是第一任正式台長，之前的兩任是路易十四直接點名的，這次的手續則比較齊全。）

對於C·F·卡西尼來說，他爺爺和他爸爸的光環太耀眼。乾脆，琢磨一下數學吧！

於是他創造了現在被稱作卡西尼投影的公式。

按照卡西尼投影的方式，世界地圖是這個樣子的。

在卡西尼投影演算法的幫助下，人類開始逐漸擺脫對地球儀的依賴。原來地圖還可以拍扁了掛牆上呢！把一個圓球拍扁，成為一張薄餅，而經緯度仍能保持一定的精度，這是現代地圖學的核心內容之一。

第三代卡西尼C·F·卡西尼組織繪製了一系列法國地圖。

第三代卡西尼在34歲時，喜得一子（這也是他唯一的兒子），名為J·D·卡西尼，是為第四代卡西尼。

1784年，出生在巴黎天文台內的一個小房間的第四代卡西尼已經36歲了。他毫無疑義地成為了巴黎天文台的第四任台長。

第三代卡西尼和第四代卡西尼父子倆（也就是老卡西尼的孫子和曾孫）合作觀測和詳細記錄了金星凌日的現象。

至此，小火箭介紹了路易十四和卡西尼祖孫四代。以卡西尼來命名土星探測器，可謂實至名歸。在本季的後續文章中，小火箭將與大家一起縱覽卡西尼探測器的土星之旅。

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