卡西尼是否真的能够观测到卡西尼环缝？
第一个发现土星光环的人是意大利天文学家伽利略，不过他并没有理解在望远镜中所见的形态真实的结构。在此之后将近半个世纪，荷兰人克里斯蒂安·惠更斯才意识到望远镜中土星两侧的凸起实际上是与行星本体分离的光环。这道宽阔的光环系统由诸多独立的小环组成，其中最著名的环缝——卡西尼缝是以17世纪下半叶第一次记录下它的天文学家命名的。不过在4个半世纪之后的今天，卡西尼当年工作过的机构——巴黎天文台的光学技师小组试图重新探讨当年的光学仪器是否有能力将这道狭窄的暗缝解析出来，这就是新近看到的一篇论文的核心内容所在。
成立于1667年的巴黎天文台拥有当年最佳的观测设备。首任台长卡西尼从意大利带来了著名光学仪器工匠Giuseppe Campani设计制造的5.5米焦距折射式望远镜。在天文台成立之前，他就已经使用这架望远镜发现了伽利略卫星的掩食品以及木星大红斑，并计算出了木星和土星的自转周期了。随后法国财政部长又向Campani订购了焦距更长的优质透镜，其中的一组安装在了长11米的镜筒上，从天文台的楼顶探出。1675年，卡西尼正是在使用这架望远镜进行观测时，记录下了土星光环中的暗线，他还一并注意到和暗线之内的光环比之外更亮。
卡西尼肖像，背景中可见从巴黎天文台楼顶探出的11米焦距折射镜。（图片提供：Library of Paris Observatory）
虽说这条记录乍看之下清晰无误地说明了环缝的发现，但其中的问题在于，根据记载，这架望远镜的物镜口径是10.8厘米，那么其理论分辨率是1角秒，而当时的环缝宽度只有0.65角秒。再考虑透镜的磨制误差、色散连带大气的湍动，环缝能否清晰无误地解析是很值得怀疑的。所幸当年卡西尼用过的透镜（以及其他一系列焦距更长口径更大的透镜）都还保存在巴黎天文台的库房内，因此当代的光学技师可以对其进行测试，以图验证卡西尼观测记录中的暗线身份。
卡西尼时代的一系列透镜，根据镜片铭文的判断，其中至少有两枚是Campani的产品。图中前排左侧一枚是11米折射镜的物镜。（图片提供：J. Counil / Library of Paris Observatory）
必须要说明的是，虽然这些透镜历史悠久且意义深远，但它们的物理特性除了大致的焦距之外，都不为人所知。光学技师小组从中选择了5枚最大的透镜（包括11米折射镜所用的那一枚）进行测试，以图获取最重要的几组数据——精确的焦距、色散率以及玻璃的质量，以及其波前特性进而是点扩散函数。11米折射镜的镜面误差在632.8纳米波长处只相当于0.325倍的波长，对于17世纪的磨镜师傅来说，这着实是质量优异了。不过在卡西尼的时代，对分辨率的最大限制还是色散效应。当年可以消除色散的复合透镜组尚未发明，只能依靠延长望远镜的焦距来部分减弱色散。对这几枚透镜的测量表明，它们的色散特性与当代的皇冠（crown）玻璃类似。
11米折射镜物镜的波前图（左）与点扩散函数（右）。（图片来源：Lozi et al. 2013）
到此为止，最大的不确定度就是卡西尼当年使用的目镜了。由于没有实物留存，如今已经无法得知它们的真面目。不过如果假设目镜的光学质量与物镜相同的话，那么就可以根据对物镜参数的测量结合人眼的响应能力来模拟卡西尼当年所见了。再结合当年巴黎可能的视宁度条件，假设风速为每秒5千米，小组得出的结论是，虽然大气的模糊效应确实存在，但是在肉眼看来，这种影响更趋于全局性，也就是说，视场中的影像可能时而模糊，时而清晰，清晰度与忽略大气湍动之前的相近。那么最清晰的影像是什么样的？请参见下图：
透过11米折射镜看到的土星（左）、木星（中）与火星（右）模拟图。（图片来源：Lozi et al. 2013）
可见图中的卡西尼缝虽然模糊，但仍旧是依稀可辨。如果换用其他透镜的话，有可能看到更清晰的环缝，比如这个例子：
图片来源：Lozi et al. 2013
由此本文的结论就是，17世纪下半叶的观测条件确实足以将土星光环中最宽阔的环缝解析出来，所以卡西尼作为环缝发现者的身份也得以保持。
