1675年著名天文學(xué)家卡西尼號(hào)(Giovanni Domenico Cassini, 1625–1712)觀測到土星光環(huán)實(shí)際上是雙重的，內(nèi)外兩重環(huán)之間被一條黑暗的縫隙分隔，此縫現(xiàn)在被命名為卡西尼縫(Cassini Division)。其范圍在土星光環(huán)之間。
發(fā)現(xiàn)歷程
1664年7月，卡西尼（1625-1712年）觀測到木星衛(wèi)星影凌木星現(xiàn)象，由此開始研究木衛(wèi)與木星的公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)。他描述了木星表面的帶紋和斑點(diǎn)，正確地解釋為木星表面的大氣現(xiàn)象，并且還指出木星外形的扁圓狀。
1668年他公布第一部木星四大衛(wèi)星的星歷表。卡西尼號(hào)在任巴黎天文臺(tái)臺(tái)長期間，發(fā)現(xiàn)了土星的四顆衛(wèi)星，即土衛(wèi)八、土衛(wèi)五、土衛(wèi)四和土衛(wèi)三。
1675年，卡西尼發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)中間有一條暗縫，后稱卡西尼縫；他還準(zhǔn)確地推測出土星光環(huán)是由無數(shù)微小顆粒構(gòu)成的。
拍攝方法
如果天氣條件允許，通過130mm口徑的牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡可以輕松地觀測到土星環(huán)上的卡西尼縫。
土星
土星是古人所知道最遠(yuǎn)的一顆行星，它雖然距離我們很遠(yuǎn)，卻相當(dāng)?shù)孛髁?。在最亮的時(shí)候，它可以達(dá)到－0.75星等，此時(shí)除了天狼星之外，比任何恒星都要亮。它的亮度也超過了水星，而且無論如何，它也比水星更容易觀察，因?yàn)?a href="/hebeideji/7202812412687810593.html">土星比我們距離太陽更遠(yuǎn)，不像水星那樣只能保持在太陽的周圍，以致無法在半夜的星空中出現(xiàn)。
土星的質(zhì)量
土星的質(zhì)量是地球的95.1倍，成為僅次于木星的第二個(gè)質(zhì)量最大的行星。它的質(zhì)量只有木星的3/10，而體積卻為木星的6/10。這樣大的體積中只有這么少的質(zhì)量，土星的密度一定非常低。確實(shí)，土星的密度僅是水的0.7倍，是我們知道的太陽系中密度最小的行星。如果我們設(shè)想能夠用塑料布把土星包起來，以防止它融化或散開，然后將它放進(jìn)一個(gè)能夠容得下的海洋里，它將會(huì)浮在水面上。因此可以推測，土星較木星含有更多的氫，而其他的含量則較少。同時(shí)，由于土星的重力很弱，因此對組成它的物質(zhì)也不能像木星壓縮自己的物質(zhì)那樣壓縮得那么緊。
雖然土星的體積較小，自轉(zhuǎn)速度卻很快，但比起木星還是慢了些；土星的自轉(zhuǎn)周期是10小時(shí)34分24秒，所以土星日比木星日長8%。
盡管土星的自轉(zhuǎn)比木星慢，但是土星散逸層的密度較低，吸住外層的引力吸引也較?。唤Y(jié)果，土星在赤道附近隆起較大，而成為太陽系最扁的一顆行星。它的扁率為0.102，比木星扁1.6倍、比地球扁30倍。雖然土星的赤道直徑有120,000公里，而極直徑卻僅有108,000公里，相差12,000公里，幾乎是地球直徑的全長！
土星與太陽
土星與太陽的平均距離是 14.3×108公里，是木星平均距離的1.833倍；繞太陽公轉(zhuǎn)一周約需29.458年，與木星公轉(zhuǎn)周期11.862年相比，土星年大約是木星年的2.5倍。
在許多方面，土星都亞于木星。就拿大小來說，它是太陽系中的第二大行星，次于木星。赤道直徑為120000公里，僅為木星的5/6。由于土星體積比較小，距離太陽又比較遠(yuǎn)、因而照射到土星上的太陽光的強(qiáng)度僅為木星的一半，使土星比木星暗了許多。但是在另一方面，土星仍然大得足以使它有相當(dāng)大的亮度。
土星環(huán)
土星環(huán)的發(fā)現(xiàn)
從另一個(gè)角度來看，土星反而獨(dú)具豐姿。伽利略·伽利雷第一次透過他原始的望遠(yuǎn)鏡觀察土星時(shí)，發(fā)現(xiàn)它的形狀有點(diǎn)奇怪，好像在其球體的兩側(cè)還有兩個(gè)小球。他繼續(xù)觀察，發(fā)現(xiàn)那兩個(gè)小球漸漸變得很難看見，到1612年年底時(shí)，終于同時(shí)消失不見了。
其他天文學(xué)家也報(bào)告過土星的這種奇怪現(xiàn)象；但直到1656年，克里斯蒂安·惠更斯才提出了正確的解釋。他宣稱，土星外圍環(huán)繞著一圈又亮又薄的光環(huán)；光環(huán)與土星不接觸。
土星的自轉(zhuǎn)軸和地球一樣，也是傾斜的，土星的軸轉(zhuǎn)軸傾角是26.73°，地球則是23.45°。由于土星的光環(huán)和赤道是在同一平面上，所以它是對著太陽（也對著我們）傾斜的。當(dāng)土星運(yùn)行到其軌道的一端時(shí)，我們可由上往下看見光環(huán)近的一面，而遠(yuǎn)的一面仍被遮住。當(dāng)土星在軌道的另一端時(shí)，我們就可由下往上看到光環(huán)近的一面，而遠(yuǎn)的一面依然被遮住。土星從軌道的這一側(cè)轉(zhuǎn)到另一側(cè)需要14年多一點(diǎn)。在這段時(shí)間內(nèi)，光環(huán)也逐漸由最下方移向最上方。行至半路時(shí)，光環(huán)恰好移動(dòng)到中間位置，這時(shí)我們觀察到光環(huán)兩面的邊緣連接在一起，狀如“一條線”。隨后；土星繼續(xù)運(yùn)行，沿著另一半軌道繞回原來的起點(diǎn)，這時(shí)光環(huán)又逐漸地由最上方向最下方移動(dòng)；移到正中間時(shí)，我們又看見其邊緣連接在一起。因?yàn)?a href="/hebeideji/7239654556023963686.html">土星環(huán)非常薄，所以當(dāng)光環(huán)狀如“一條線”時(shí)就好像消失了一樣。1612年年底伽利略·伽利雷看到的正是這種情景；據(jù)說由于懊惱，他沒有再觀察過土星。
土星環(huán)位于土星的赤道面上。在空間探測以前，從地面觀測得知土星環(huán)有五個(gè)，其中包括三個(gè)主環(huán)(A環(huán)、B環(huán)、C環(huán))和兩個(gè)暗環(huán)(D環(huán)、E環(huán))。B環(huán)既寬又亮，它的內(nèi)側(cè)是C環(huán)，外側(cè)是A環(huán)。A環(huán)和B環(huán)之間為寬約5，000公里的卡西尼號(hào)縫，它是天文學(xué)家卡西尼在1675年發(fā)現(xiàn)的。
1826年，德國血統(tǒng)的俄羅斯天文學(xué)瓦西里·斯特魯維把外面的環(huán)命名為A環(huán)，把里面的環(huán)命名為B環(huán)。1850年，美國天文學(xué)家W.C.邦德宣稱，還有一個(gè)比B環(huán)更靠近土星的暗淡光環(huán)。這個(gè)暗淡光環(huán)就是C環(huán)，C環(huán)與B環(huán)之間并沒有明顯的分界。
在太陽系的任何地方都沒有像土星環(huán)那樣的東西，或者說，用任何儀器我們也看不到任何地方有像土星環(huán)那樣的光環(huán)。誠然，我們現(xiàn)在知道，圍繞著木星有一個(gè)稀薄的物質(zhì)光環(huán)，且任何像木星和土星這樣的氣體巨行星都可能有一個(gè)由靠近它們的巖屑構(gòu)成的光環(huán)。然而，如果以木星的光環(huán)為標(biāo)準(zhǔn)，這些光環(huán)都是可憐而微不足道的，而土星的環(huán)系卻是壯麗動(dòng)人的。從地球上看，從土星環(huán)系的一端到另一端，延伸269,700公里（167,600英里），相當(dāng)于地球?qū)挾鹊?1倍，實(shí)際上幾乎是木星寬度的2倍。
土星環(huán)到底是什么
土星環(huán)到底是什么呢？J.D.卡西尼認(rèn)為它們像鐵圈一樣是平滑的實(shí)心環(huán)。可是，1785年皮埃爾-西蒙·拉普拉斯（后來他提出了星云假說）指出，因?yàn)榄h(huán)的各部分到土星中心的距離不同，所以受土星引力場吸引的程度也會(huì)不同。這種引力吸引的差異（即我前面提過的潮汐效應(yīng)）會(huì)將環(huán)拉開。拉普拉斯認(rèn)為，光環(huán)是由一系列的薄環(huán)排在一起組成的，它們排列得如此緊密，以致從地球的距離看去就如同實(shí)心的一樣。
可是，1855年，詹姆斯·麥克斯韋（后來他預(yù)言了電磁輻射寬頻帶的存在）提出，即使這種說法也未盡圓滿。光環(huán)受潮汐效應(yīng)而不碎裂的惟一原因，是因?yàn)楣猸h(huán)是由無數(shù)比較小的隕星粒子組成的，這些粒子在土星周圍的分布方式，使得從地球的距離看去給人以實(shí)心環(huán)的印象。麥克斯韋的這一假說是正確的，現(xiàn)在已無人提出疑義。
驗(yàn)證潮汐效應(yīng)
法國天文學(xué)家洛希用另一種方法研究潮汐效應(yīng)，他證明，任何堅(jiān)固的天體，在接近另一個(gè)比它大得多的天體的時(shí)候，都會(huì)受到強(qiáng)大的潮汐力作用而最終被扯成碎片。這個(gè)較小的大體會(huì)被扯碎的距離稱為洛希極限，通常是大天體赤道半徑的2.44倍。
這樣，土星的洛希極限就是2.44乘以它的赤道半徑60,000公里，即146,400公里，A環(huán)的最外邊緣至土星中心的距離是136,500公里（84,800英里），因此整個(gè)環(huán)系都處在洛希極限以內(nèi)。（木星環(huán)也同樣處在洛希極限以內(nèi)。）
很明顯，土星環(huán)是一些永遠(yuǎn)也不能聚結(jié)成一顆衛(wèi)星的巖屑（超過洛希極限的巖屑會(huì)聚結(jié)成衛(wèi)星——而且顯然確實(shí)如此），或者是一顆衛(wèi)星因某種原因過分靠近土星而被扯碎后留下的巖屑。無論是哪一種情況，它們都是余留的一些小天體。（被作用的天體越小，潮汐效應(yīng)也就越小，碎片小到某個(gè)程度之后，就不再繼續(xù)碎裂了，除非兩個(gè)小天體相互間偶爾碰撞。）據(jù)估計(jì)，如果將土星環(huán)所有的物質(zhì)聚合成一個(gè)天體，結(jié)果將會(huì)是一個(gè)比我們的月亮稍大的圓球。
拍攝土星與卡西尼縫的方法
據(jù)朱副館長介紹，如果天氣情況良好，當(dāng)晚8點(diǎn)左右，土星就會(huì)從東邊的地平線緩緩升起，在東方獅子座下方的一顆亮星即是土星，一般運(yùn)用便攜式口徑80mm的天文望遠(yuǎn)鏡就可以觀測到土星迷人的光環(huán)，一睹土星“草帽”真相。
而在市科技館的天文堡里，將有更加專業(yè)的設(shè)備等待大家，一個(gè)物鏡口徑為125mm、天文望遠(yuǎn)鏡目鏡放大120倍的天文望遠(yuǎn)鏡，利用它，大家可以尋找一下由著名的意大利天文學(xué)家卡西尼在1675年時(shí)發(fā)現(xiàn)的土星光環(huán)中的一條暗縫——卡西尼縫，看看這條縫是否真的存在。
朱副館長說，目前被確認(rèn)圍繞土星旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星已有幾十顆，碰巧的話，通過天文望遠(yuǎn)鏡還可以找到土星周圍的一些衛(wèi)星。
除了觀賞外，記者也向晚報(bào)追星族族長阮翔咨詢了拍攝土星的方法：第一種是直焦法，把單反相機(jī)或CCD攝像頭的鏡頭拿掉，把天文望遠(yuǎn)鏡的目鏡拿掉，將單反相機(jī)或CCD攝像頭接到天文望遠(yuǎn)鏡上。由于一般的天文望遠(yuǎn)鏡的焦距不會(huì)很長，直接用單反相機(jī)拍攝的話，成像比較小，采用CCD攝像頭拍攝，成像會(huì)稍微大一些。第二種方法是將一般的照相機(jī)用萬能支架支起，接到天文望遠(yuǎn)鏡的天文望遠(yuǎn)鏡目鏡后面，天文望遠(yuǎn)鏡先成像，相機(jī)再成像，兩次成像后得到的成像相對大一些。
卡西尼其人其事
G.D.卡西尼(1625-1712),1625年6月8日生于意大利佩里納爾多，1712年9月14日卒于法國巴黎。早年在熱那亞足球俱樂部等地求學(xué)。從1650年起擔(dān)任波洛尼亞大學(xué)天文學(xué)教授十九年。1664年七月觀測到木星衛(wèi)星影凌木星現(xiàn)象，由此開始研究木衛(wèi)與木星的公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)。他描述了木星表面的帶紋和斑點(diǎn)，正確地解釋為木星表面的大氣現(xiàn)象；他還指出木星外形的扁圓狀。
1666年，他測定火星的的自轉(zhuǎn)周期為24小時(shí)40分(誤差約3分)；1668年公布第一個(gè)木星歷表。1669年他前往巴黎皇家科學(xué)院工作。1671年巴黎天文臺(tái)落成，他成為這個(gè)天文臺(tái)的領(lǐng)導(dǎo)人。1673年加入法國國籍。他在巴黎天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)了土星的四顆衛(wèi)星土衛(wèi)八、土衛(wèi)五、土衛(wèi)四和土衛(wèi)三。在此之前只有克里斯蒂安·惠更斯發(fā)現(xiàn)了一顆土星衛(wèi)星(土衛(wèi)六，1655年)。
1675年，卡西尼號(hào)發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)中間有一條暗縫，后稱卡西尼縫。他還準(zhǔn)確地猜測了土星光環(huán)是由無數(shù)微小顆粒構(gòu)成的。1679年他公布了一份月面圖，在以后的一個(gè)多世紀(jì)里沒人超越。
從1683年三月起，他系統(tǒng)地觀測研究了黃道光，正確地猜測到它是無數(shù)極細(xì)微的行星際微粒反射太陽光造成的，而不是大氣現(xiàn)象。1672年火星沖日期間測定了火星視差并推算了太陽視差。
卡西尼在理論上是保守的，是最后一位不愿接受尼古拉·哥白尼理論的著名天文學(xué)家。他反對開普勒定律；拒不接受牛頓的萬有引力定律；反對光速有限的結(jié)論。
J.卡西尼(1677-1756)，G.D.卡西尼次子。他接任了巴黎天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)，繼承他父親生前從事的經(jīng)線弧長勘測工作。他發(fā)現(xiàn)了恒星大角(牧夫座a)有自行。他雖然接受了哥白尼的觀點(diǎn)，但仍然激烈反對牛頓的引力定律，為了為父親辯護(hù)，他不顧自己的許多觀測結(jié)果與父親的理論不相一致。
C.F.卡西尼(1714-1784)和J.D.卡西尼(1748-1845)，J.卡西尼之子、孫。C.F.卡西尼繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)巴黎天文臺(tái)，1771年任正式臺(tái)長，他去世后此職由他的獨(dú)子J.卡西尼繼任。他們父子分別觀測了1761年和1769年的金星凌日。他們的保守傾向雖已減少，但對天文學(xué)的貢獻(xiàn)卻不及前兩代卡西尼。他們在地理學(xué)、大地測量學(xué)方面作了許多研究。
參考資料 >