Cassini

卡西尼號與土星蘇明俊博士樹德科技大學休閒事業管理系助理教授高雄市天文學會理事長史上最大的太空船－－卡西尼號(Cassini)將航向人類肉眼可見最遠的行星－－土星。

卡西尼號已於1997年10月15日清晨發射升空，在2004年7月1日到達土星，並投射探測器惠更斯號登陸土星最大的衛星－－泰坦(Titan)，目前正環繞土星進行科學研究。

全部任務預定在2008年結束。

◎第一節卡西尼號的任務◎第二節最漂亮的行星－－土星◎第三節太陽系唯一有大氣層的衛星－－泰坦第一節卡西尼號的任務□卡西尼小檔案吉恩—多明尼克．卡西尼(Jean-Dominique Cassini)是義裔的法國天文學家，1625年六月八日出生於義大利 Imperia的Perinald，1712年九月14日死於巴黎，他透過年輕人對於占星術的喜好，建立了法國天文學研究的全盛時期。

因為接受教會的教育，卡西尼在學生時代就對占星學非常好奇，諷刺的是：卡西尼在天文學上的成就，受到占星學的影響很大。

Marquis Cornelio Malvasia 是當時很有名的業餘天文學家，他決定要計算占星學上各個星球的位置，就僱用卡西尼幫忙，他的天文台就在義大利北部的波隆那(Bologna)，讓卡西尼有機會使用Malvasia 的儀器，得以踏入研究星空的領域。

卡西尼在教會科學家的指導下，完成學業，由於他的素質和講究精確的精神，在學術上的成就開始享有聲望和榮譽。

卡西尼三十歲之前，在波隆那的政府機構任職，同時在波隆那大學教授天文學的課程，也在Pope 的領導下，研究波河(Po River)氾濫的原因和治水之道；對於其它研究領域也有涉獵，如：彗星、昆虫學、和輸血等。

後來，他放棄占星學，開始鑽研恆星和行星，發展了描繪日食紀錄的方法，出版有關太陽的各種數據表，從正弦定律發現第一個大氣折射的主要理論；把彗星軌道的新理論公式化，有了大口徑的望遠鏡之後，對於火星的表面觀測，也有重要的發現，例如：行星週期的計算、火星上的斑點、木星的自轉和衛星的公轉情形、木星表面的斑點、帶狀的木紋、南北極的扁平率等。

卡西尼在四十一、二歲時，任職於剛成立的巴黎天文台，協助設置各項儀器，持續推動天文台獲得最新的設備，用最新的發明和改良儀器，成立基金採購天文器材。

他致力於月亮、火星、木星、彗星、行星與衛星的軌道等的研究，發現了土星的衛星Iapetus、Rhea、Tethys、和Dione。

1675年發現土星環被一個很窄的狹縫分成兩部份，就是「卡西尼縫」。

卡西尼相信地球是圓球形的，並提出適當的假設，以測量子午線的弧度；他的假設得到Cartesians１的支持。

他也假設光速無窮大，但不久就被推翻了。

他反對宇宙重力的理論，也拒絕接受泰戈布拉赫(Tycho Brahe) 對行星系統的說法，他和牛頓理論之爭，由小兒子Jacques 繼續奮鬥。

他和妻子Genevieve de Laistre有兩個兒子，小兒子Jacques 是一位成功的天文學家和測地學家，逐漸取代父親在天文台的地位，父親在死前兩年失明，Jacques 就代替他的研究地位，成為巴黎天文台的領導人。

Jacques 的兒子Jean-Dominique(卡西尼四世)，就在巴黎天文台出生，後來也變成天文台的主任。

他說服路易十六同意重新改組天文台，但因法國大革命而沒有成功。

帝國主義者－卡西尼，反對新的革命政府干預天文台的事件，遭致於1793年下台的命運，至此，卡西尼家族掌控巴黎天文台有一百二十餘年之久。

□卡西尼任務卡西尼號原預訂於1997年十月六日在佛羅里達州的卡那維爾(Canaveral )角發射升空，使用美國空軍的泰坦四號人馬座發射器，它可以提供足夠的速度，讓太空船進入軌道，預定2004年七月到達土星。

後來因為強風及電腦故障延後兩次發射，最後在十月十五日清晨4:43駕著晨曦直奔太空而去。

卡西尼號是為了紀念十七世紀義裔的法國天文學家卡西尼(Jean Dominique Cassini)而命名的太空船，他發現土星環著名的裂隙，也發現幾個冰冷的衛星：Iapetus、Rhea、Dione、Tethys。

卡西尼號將繞著土星運行四年，全程十七億公里，以便對下列主題做精密的觀察：土星的衛星、土星環、土星本身的結構、以及土星磁場的環境。

卡西尼號將攜帶有降落傘設備的探測器－－惠更斯(Huygens)號，以進入土星的大氣層和泰坦(Titan，土星最大的衛星)的表面，並傳回地球至少1100張泰坦的照片。

歐洲太空總署所提供的惠更斯號是以荷蘭的科學家惠更斯(Christiaan Huygens)的姓氏所命名的探測器；他在1655年發現土星最大的衛星－－泰坦，而1659年所宣稱土星奇怪的形狀(像是兩個衛星，又和土星黏在一起)，其實就是它的環。

惠更斯也發明掛鐘聞名於世，那是第一個精確的計時裝置。

□卡西尼號太空船本計畫由美國太空總署(NASA)噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory，JPL)的Richard J. Spehalski主持，惠更斯號由歐洲太空總署(ESA) 負責提供，複雜的無線電天線由義大利太空總署(ASI)負責提供；它原在JPL組合與測試，1997年六月運到佛羅里達州的卡那維爾角準備發射，1997年十月十五日清晨在美國發射。

卡西尼號太空船是由軌道衛星(Orbiter) 和惠更斯號探測船組成的高級機器，也是有史以來，最大的太陽系內太空船。

探測器和軌道衛星組合，並且加滿燃料之後的重是5630公斤。

其中軌道衛星就裝載了超過3130公斤的液體燃料(超過總重的一半)，光燃料就比伽利略號(登陸木星的探測船)和航海家太空船合起來還重，它站起來超過 6.7公尺(比兩層樓還高)，寬度也超過4 公尺。

卡西尼有1630組電路互相連接、有22,000組電報通訊線路、還有超過十四公里長的電纜。

它因為太重而無法直接射向土星，除了泰坦四號火箭的推力之外，行星提供重力的協助，使太空船轉彎並且加速，是讓卡西尼號進入土星軌道的必要做法；兩次經過金星一次經過地球所得到的重力，可以節省相當於68040公斤火箭的燃料。

□泰坦四號／人馬座泰坦四號是兩節的推進器，有兩個固態火箭的發動機；上層是人馬座，和高二十公尺的太空船減阻２裝置。

發射升空時總重943,926公斤(包括卡西尼號太空船的重量) 。

位於泰坦四號上層的人馬座，寬四公尺、高九公尺，裝有22,226公斤的推進器。

發射器全部的高度有56公尺，接近十八層樓的高度。

為了把太空船射入地球的軌道，需要三節燃料。

燒完之後，人馬座便會從兩節的泰坦四號分離，再燃燒將近兩分鐘，使太空船進入滯留軌道，也就是地表上空 445公里處，在此軌道廿分鐘後，人馬座將最後一次點火，並且把卡西尼射出地球軌道，直奔金星而去，藉金星重力之便，讓卡西尼轉向土星的航程。

泰坦四號／人馬座是美國空軍的發射系統，為了卡西尼任務，將移交給美國太空總署掌管發射器消耗品的部門。

太空總署路易斯(Lewis) 研究中心發射器的設計部門負責監督太空船和發射器的組合工作。

美國空軍採購發射器的主要廠商是洛克希德—馬丁(Lockheed-Martin)公司。

□探測土星及其衛星泰坦的計畫卡西尼任務計畫在1997年十月六日發射，2004年七月一日到達土星，並且布署探測器登陸土星最大的衛星泰坦(Titan)。

發射國家：美國。

發射任務：繞土星運轉並投射探測器登陸泰坦，以廿七種不同的科學研究來探測土星系統。

發射日期：1997年10月 6日泰坦四號發射升空(後因強風及電腦故障延至15日清晨才發射升空) 1998年 4月21日第一次飛經金星上空(藉重力轉彎及加速)。

1999年 6月20日第二次飛經金星上空。

1999年 8月16日飛經地球上空。

2000年12月30日飛經木星上空。

2004年 6月25日進入土星軌道。

2004年11月27日惠更斯探測器在「泰坦」登陸。

2008年 6月卡西尼任務完成。

發射工具：泰坦四號／人馬座；發射升空時總重943,926公斤 (包括卡西尼號太空船的重量)。

位於泰坦四號上層的人馬座，寬四公尺、高九公尺，裝有22,226公斤的推進器。

軌道衛星發射時的質量有5630公斤，繞土星運轉時是2150公斤。

惠更斯號探測器是350公斤(直徑約2.7公尺)。

火箭負載：卡西尼號、影像的次系統、繪製泰坦地形圖的雷達、離子和不帶電粒子的質譜儀、繪製可見光和紅外光地圖的分光計、混合成的紅外線分光計、宇宙塵的檢偏鏡、無線電波與原形質波分析儀、原形質分光計、紫外線影像攝譜儀、輻射層影像儀、雙重測定的磁力計、惠更斯號探測器、遞減影像與光譜輻射計、大氣結構探測儀、氣體層析計和質譜儀、懸浮微粒搜集熱解儀、表面科學的裝備、風的都卜勒實驗儀器。

合作國家：本計畫由美國太空總署(NASA)噴射推進實驗室的 Richard J. Spehalski主持，惠更斯號由歐洲太空總署(ESA) 負責提供，複雜的無線電天線由義大利太空總署(ASI)負責提供，還有好幾個與歐洲國家合作的學術和工業機構。

航程：全部航程32億公里，另外繞土星運行約17億公里。

航速：太空船到達土星時的速度 5.2Km/s(相當於時速18720公里)。

太空船飛經地球時的速度19.1Km/s(相當於時速68760公里)。

太空船飛經金星時的速度13.0Km/s(相當於時速３46800公里)。

*因為強風及電腦故障，發射日期延後兩次於十月十五日發射。

第二節最漂亮的行星－－土星□土星小檔案土星(Saturn)是太陽系第二大的行星，只有木星(Jupiter)比它大，它是肉眼可見最遠的行星，表面呈黃色。

和木星一樣，在雲層下面沒有固態的表面，多彩的雲是氨的結晶。

赤道上空有土星環，是唯一能用小望遠鏡看見的環(木星、天王星、海王星也都有環)。

赤道半徑60,268公里，兩極半徑54,364公里，軌道的平均半徑是9.54天文單位，繞轉太陽的週期大約 29.46年。

有衛星十八個，利用1995年五月廿二日的土星環消失和哈伯太空望遠鏡傳回來的影像，Amanda Bosh 和Andrew Rivkin 發現二個新衛星，另外八月十一日的土星環消失又發現二個，一共是廿二個。

藉著土星內衛星的觀測，可以得知土星的質量為地球的 95.16倍，它的體積是地球的 764倍，再計算它的平均密度，大約是7×102 kg／m3，只有水的 0.7倍，換句話說：如果把土星投入一個夠大的水潭中，它是浮在水面上的，並且有十分之三的體積會露出水面。

是太陽系中密度最小的行星。

在望遠鏡中可以看到土星的表面很像木星，但沒有什麼明顯的特徵，很難從觀察土星的表面來測量它自轉的週期。

然而，測量行星邊緣在光譜線上的都卜勒效應，則可以精確地測知４土星赤道的自轉週期是10h14m，往兩極則漸增至10h38m。