祖传天文学家：卡西尼祖孙四代创造传奇
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小火箭出品
本文作者：邢强博士
本文共3780字，40图。预计阅读时间：20分钟。
卡西尼号探测器是人类有史以来发射的第4颗土星探测器，不过她实际上是人类研制的第1颗成功环绕土星飞行的探测器。其发现的科学成果之多、运行时间之久，都非常引人注目。上图为卡西尼探测器拍摄的土星照片。
1997年10月15日，卡西尼探测器在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角第40号发射工位升空，2004年7月1日，探测器进入绕土星的轨道，而在我写本文的时候，该探测器依然在环绕土星飞行。
在卡西尼探测器的生命进入尾声的时候，小火箭给出卡西尼系列文章，来探讨卡西尼之名、之行、之功、之命，来回顾她的一生。
本文是小火箭卡西尼系列文章的第1篇。小火箭将与大家一起探讨一个问题：这个如此重要的土星探测器，为什么取名为卡西尼？
太阳王
在介绍卡西尼探测器本身之前，我觉得有必要先介绍该探测器名字的来由。
毕竟，就像探测木星的探测器以率先发现木星的4颗大卫星的大科学家伽利略命名，重型运载火箭以大力神为名一样，航天飞行器的名字往往也就隐含着人类对她的期待和对先贤的纪念或者对神灵的敬畏。
这一切，要从波旁王朝有“太阳王”之称的国王路易十四开始说起。
（亚森特·里戈的画作忠实再现了路易十四对时尚和奢华的追求。带有红色鞋跟的高跟鞋非常惹眼。）
在路易十四亲政期间（1661-1715年），法国发动了3次重大的战争：法荷战争、大同盟战争、西班牙王位继承战争和2次小规模的冲突。法荷战争和2次小冲突让他建立了霸权，使他在1680年开始成为欧洲至高无上的霸主。
路易十四这位人类有史以来迄今为止在位时间最长的君主（算上其摄政和亲政的总时间，长达72年3月18天）在掌权不久后，就对天文学产生了浓厚的兴趣。1667年，时任法国海军大臣科尔贝尔向路易十四建言建设法国国家天文台。
上图为路易十四与皇家科学院的会员们在一起聊天的场景。后面就是建设中的法国国家天文台（后更名为巴黎天文台）。
这就是后来名为巴黎天文台的重要科研机构。历时四年之久，在路易十四的大力支持下，拥有当时欧洲最好的观测设备的巴黎天文台于1671年建成。
在法国历史上的强盛时期，皇室对天文学和地理学的兴趣颇为浓厚。
为探求这个说法的真实性，小火箭到卢浮宫去找寻法国皇室与天文的关系。除前文给出的路易十四筹建巴黎天文台的绘画之外，小火箭寻到了不少物证。上上图为皮套中的地球仪，而皮套内层则绘有精密的星图，本身又构成一个天球仪。上图为带有星空镂空的黄金球，内盛点燃的蜡烛后，可在墙壁或天花板上闪耀出星空的样子。小火箭摄于卢浮宫。
当然，路易十四玩起天文来，其角度和大家有所不同。这是他cosplay天神宙斯的场景，款式新颖的凉鞋刚好踩在美杜莎盾牌上，萌萌哒！或许，对星空的探索能够让他找到更多的乐趣吧。
卡西尼
大楼已建成，大师何处寻？
恰好，自1640年开始就曾担任热那亚共和国（如今的意大利境内）博洛尼亚大学天文学教授一职的乔凡尼·多米尼克·卡西尼已经在法国待了两年了。
1665年，这位在西方世界公认的最古老的综合型公立大学供职的教授发现了木星的大红斑。路易十四求贤若渴，不顾卡西尼的国籍情况，在巴黎天文台建成伊始就任命46岁的卡西尼为台长。
卡西尼在天文观测方面的天赋展露无遗。他通过对木星大红斑的形态持续观察，推测木星表面有浓厚的大气，并给出了木星自转周期的估算值（与今天的数值几无二致）。上图为卡西尼探测器路过木星时拍摄的木星。
他观测火星的运转，并认为火星的自转周期为24小时40分钟（仅比现代观测值多了3分钟）。
任巴黎天文台台长期间，卡西尼是罕有的能够让路易十四听从建议的人。路易十四喜好装饰，而卡西尼则力劝国王将原本用于购置奢华物品的经费用来扩建天文台。
上图和上上图为小火箭摄于卢浮宫皇室器物展的金器。如果放开了让路易十四来搞天文的话，望远镜和其他仪器设备的精度不敢说，但奢华程度一定可以保证。
在卡西尼的影响下，路易十四开始醉心于打造一个具备先进观测水平的天文台，开始重视性能而非奢华，开始准备为了科学而做出牺牲。
小火箭觉得在这里有一件非常值得一提的事情。
太阳王路易十四喜欢喷泉。他原本规划的在凡尔赛宫内的喷泉造景规模极其庞大，每日的用水量与整个巴黎市区的生活用水量相当。
我们能够从印象派的创始人之一，生在法国的油画家西斯莱的画作中看到当年为路易十四的凡尔赛宫大喷泉取水的水利设施。
啥？为什么无论是史书上还是去凡尔赛宫现场，我们都没有看到如此规模的喷泉呢？
答：拆了。
为了让巴黎天文台的巨大无比的天文望远镜有一个足够稳固的高高的支座，路易十四不惜拆除了原本用于给凡尔赛宫喷泉提供水压的高塔。
这座高塔被用大量的马匹和人力运送到了巴黎天文台，成为了支撑巨大的天文望远镜的架子。
执掌巴黎天文台的卡西尼，不负众望，用莫里哀见过后感慨“大得吓人”的长度超过40米的望远镜，在1671年（卡西尼担任天文台台长第一年）就新发现了土星的一颗卫星土卫八。
上图为卡西尼探测器于2004年12月31日拍摄的土卫八。
一年后，他又发现了土卫五。上图为卡西尼探测器于2005年拍摄的土卫五。
虽然早在1610年，伽利略老爷子就发现了土星的光环。但是，指出土星光环的本质结构的，依然是卡西尼。小火箭要强调的是，这两位都是土生土长的意大利人。
1675年，卡西尼发现土星美丽的光环中间有一条狭长的缝隙，由此推测，土星光环并非是一块完整的平板，而是由无数较小的物体组合而成的。这个猜测如今看来是正确的。
上图为卡西尼探测器在2006年9月15日拍摄到的土星全貌。小火箭觉得这光环美得摄人心魄！
土星光环的这道大黑缝，也就被称作“卡西尼环缝”。当然，随着人类观测手段的进步，土星光环的细致结构也就更清晰地呈现在了我们眼前。这个环不仅仅有一条缝，实际上有许许多多环缝。
上图为卡西尼探测器寻着当年认定的卡西尼环缝的位置拍摄的土星光环照片。
在1684年，卡西尼又发现了土卫四和土卫三。
这是卡西尼探测器在2007年拍摄到的土卫四。
卡西尼探测器在2005年拍摄的土卫三。
由此可见，有关土星光环的缝隙和土星卫星的事情，卡西尼算是有突出贡献的了。这也就是人类迄今为止最强大的土星探测器要以卡西尼的名字来命名的主要原因。
祖传
实际上，卡西尼并不是一个人在战斗。在今天看来归于卡西尼名下的发现，有可能来自同样名为卡西尼的乔凡尼·卡西尼的子孙。因为，卡西尼本人、他儿子、他的孙子和他的曾孙，一家四代，相继担任巴黎天文台台长一职，这卡西尼家族可谓是祖传天文学家了。
卡西尼的小儿子J·卡西尼，17岁的时候就入选为巴黎皇家科学院的会员了（这个科学院就是法兰西科学院的前身）。
这位翩翩少年经常出入皇家科学院，与各位科学家探讨科学与哲学问题。这个科学院就设置在法国皇宫卢浮宫的图书馆内，因此他也能经常见到前来寻求一些问题的科学解答的太阳王路易十四本人。
或许是造物主责怪老卡西尼向人类透露了太多星球运行的奥秘。1711年，曾经发现了木星的大红斑，发现了土星的四颗卫星，分析出土星光环结构的86岁的老卡西尼突然双目失明。
这对一位天文学家的打击实在是太大了。
第二年，老卡西尼就去世了。
老卡西尼最宠爱的幼子，在17岁就出入卢浮宫的J·卡西尼在老卡西尼失明那一年已经34岁了。他接过了父亲巴黎天文台台长的重任，成为了第二任台长，人称第二代卡西尼。
第二代卡西尼J·卡西尼的主要贡献就是测出了地球半径的长度。
他通过两次测量和计算，分别给出了地球半径为：
6375.998公里和6371.860公里
的结论。
按照现代地球模型的6357公里的极半径和6378公里的赤道半径来看，在18世纪能够取得这样的精度，实在是个了不起的成就。
C·F·卡西尼是第二代卡西尼（J·卡西尼）的小儿子，也就是第三代卡西尼。
他25岁的时候，入选巴黎皇家科学院会员。
1771年，57岁的第三代卡西尼成为巴黎天文台的第三任台长（同时也是第一任正式台长，之前的两任是路易十四直接点名的，这次的手续则比较齐全。）
对于C·F·卡西尼来说，他爷爷和他爸爸的光环太耀眼。干脆，琢磨一下数学吧！
于是他创造了现在被称作卡西尼投影的公式。
按照卡西尼投影的方式，世界地图是这个样子的。
在卡西尼投影算法的帮助下，人类开始逐渐摆脱对地球仪的依赖。原来地图还可以拍扁了挂墙上呢！把一个圆球拍扁，成为一张薄饼，而经纬度仍能保持一定的精度，这是现代地图学的核心内容之一。
第三代卡西尼C·F·卡西尼组织绘制了一系列法国地图。
第三代卡西尼在34岁时，喜得一子（这也是他唯一的儿子），名为J·D·卡西尼，是为第四代卡西尼。
1784年，出生在巴黎天文台内的一个小房间的第四代卡西尼已经36岁了。他毫无疑义地成为了巴黎天文台的第四任台长。
第三代卡西尼和第四代卡西尼父子俩（也就是老卡西尼的孙子和曾孙）合作观测和详细记录了金星凌日的现象。
至此，小火箭介绍了路易十四和卡西尼祖孙四代。以卡西尼来命名土星探测器，可谓实至名归。在本季的后续文章中，小火箭将与大家一起纵览卡西尼探测器的土星之旅。
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