威廉·赫歇尔

主要经历

1738年生于德国，1758年迁居英国。赫歇尔利用全部业余时间制作望远镜，经过千锤百炼，他终于成为制造望远镜的一代宗师，他一生磨制的反射镜面达四百多块，还造成一架口径1.22米，镜筒长达12米的大型金属反射望远镜。

出身音乐世家

弗里德里希·威廉姆·赫歇尔（Friedrich Wilhelm Herschel）是德国人，后来在天文学史上以其英国化的名字威廉·赫歇尔（Willim Herschel）和“著名英国天文学家”的头衔闻名于世。他的祖先在德国大都从事园艺、酿酒等手工业，他的父亲于1731年举家迁往一个名叫汉诺威的小镇，他父亲在这里加入了禁卫军乐团服役，当一名乐师，他还会吹奏双簧管。1738年11月15日威廉·赫歇尔在汉诺威出生了，当时汉诺威是英王乔治二世的属地（然而它并不真是大英帝国的组成部分）。

赫歇尔从小就喜欢音乐，并很早就显露出这方面的天赋，他4岁时就跟从父亲学习拉小提琴，后来学习吹奏双簧管，并很快成为一名出色的双簧管演奏者。由于家境遇到困难，他16岁时离开了学校，与父亲一样加入了禁卫军乐团，在那里担任小提琴和双簧管演奏员。1756年，英国和法国之间爆发了历史上的“七年战争”，德国也卷入其中；第二年，法国占领了汉诺威。赫歇尔不堪忍受战争之苦，于是他作为一个逃亡者渡海偷偷跑到英国的伦敦。他的音乐天才使他在英国获得了成功，随着在英国知名度的扩大，他的地位也不断提升，先后担任过音乐教师、演奏师，并成为有一定知名度的作曲家。

赫歇尔在演出和作曲之外，有了一些闲暇的时间，赫歇尔努力学习英文、意大利文拉丁文，同时广泛阅读牛顿、莱布尼茨等科学家的自然哲学、数学、物理学著作。1772年，赫歇尔作为访问者回到了汉诺威，当时他父亲已经去世，他说服了母亲把妹妹卡罗琳·赫歇尔带到英国帮他操持生活。青年赫歇尔爱好广泛。由于他对音乐理论的探讨涉猎了数学，进而又接触了光学。据说他父亲不仅精通乐理，而且是一名天文爱好者，赫歇尔曾在父亲的指导下，对天文知识有着浓厚的兴趣。在父亲的引导下，赫歇尔对夜空中的许多星座都非常熟悉。赫歇尔具有强烈的求知欲，这促使他从乐器演奏转入对音乐理论的研究。为了研究乐理，他开始钻研剑桥的罗伯特·史密斯的《注音》。结果他意外地从该书提供的线索中，买到了史密斯撰写的两卷本的经典著作《光学》，这是一部能够在理论和实践上制作望远镜和显微镜的引导性光学著作，其中一章名为“望远镜对恒星的发现”，这些内容引起了赫歇尔从事观测和研究天体的强烈愿望和雄心。

自制精良的望远镜

自古以来，人类对宇宙具有自然天生的敬畏和好奇心，这在赫歇尔身上有充分的展现。1773年，赫歇尔读了一本科学普及作家詹姆斯·弗谷森（James Ferguson，1710－1776）写的一本畅销书——《对牛顿爵士的原理的天文学解释》，有趣的是，该书作者与他同时代的许多人一样，（书中）认为所有行星以及恒星都是“为其合理的居民提供食宿”的，甚至彗星也可能住满了能够欣赏上帝手艺的生物，还有人认为彗星上“为折磨那些可恶的罪犯而充斥着永恒的冷热交替”。受此影响，赫歇尔甚至要把关于宇宙的这一通俗见解推广到太阳上去，一开始他相信太阳像行星一样是凉的，它是被云层包围着，云层保护着太阳上的居民不受其外层火球的伤害，太阳黑子是人们透过火球的间隙所瞥见的云层。俗话说“百闻不如一见”，为了亲眼看清史密斯和弗谷森书中所描述的那些天体，赫歇尔最初用折射式望远镜观察天体，但他感觉不理想，为了为他探索宇宙奥秘寻找更合适的利器，后来他转向了反射式望远镜。

1774年赫歇尔成功地安装了一架口径15厘米，焦距2.1米，放大40倍左右的牛顿式反射望远镜。通过这架望远镜，他第一次成功地看到猎户座大星云，并清楚地辨认了土星的光环。更重要的是，通过不断地实践和总结，他终于掌握了一套磨制抛物面反射镜的技术。从那以后，他除了晚上不知疲倦地做巡天观测之外，还时常利用白天的时间磨制望远镜镜面。

1776年，他陆续磨制成功口径分别为15厘米、51厘米、122厘米的巨大反射式望远镜镜面。当时反射式望远镜的焦点多采用牛顿式，即在主焦点之前的光轴上，斜置一平面副镜，将焦点折射在镜筒上端的一侧。赫歇尔为了减少折射光的损失，将主镜略微偏置，使星光经主镜反射后，焦点不会汇聚在光轴上，而是斜到镜筒上端的一侧。这样，可以省去牛顿式的平面副镜，从而提高聚光的效率。因为这一光学系统是赫歇尔发明的，所以后世称之为赫歇尔焦点，而按照这种光学系统制成的望远镜称为“赫歇尔望远镜”。

1787年，赫歇尔为了判断他的望远镜的视距是否真的已经贯穿了银河，即观测更遥远的昏暗天体，他决心再制造一架威力更大的望远镜。

发现天王星

18世纪70年代末，赫歇尔在卡洛琳的支持和协助下，开始用他自制的望远镜进行星空“巡视”观测。其主要内容是从他的住处逐个观察分布于北天球上亮于4星等的亮星。整个过程历时19年，被后人称作第一期星空巡视。1780年，赫歇尔又开始了第二期星空巡视。经过两次初步的观测，在1781年赫歇尔又开始进行他的第三次全面观测夜空的历程。

1781年3月13日晚，赫歇尔像往常一样，用自制的那架口径15厘米的反射望远镜观测星空。他每次观测都是聚精会神，不放过任何或许会带来新发现的可疑现象。当把望远镜转向双子座的时候，他注意到双子座有一颗很陌生的星，比较亮，可是在星图上却查不到它。他改用400多倍和900多倍的目镜仔细观测之后，肯定了这不是一颗恒星。因为，望远镜的倍率再大，恒星看起来始终是个星点儿，而这个天体，呈现为一个蓝绿色的小球面形。随着目镜更换，看上去直径变得愈来愈大，形象却变得模糊了。为慎重起见，赫歇尔没有声张，而是连续10个夜晚密切地关注着这颗小星。他逐渐发现该星每天在缓慢地移动，虽然不易觉察出来。他最初向皇家天文学会报告说，新发现了一颗彗星。彗星一般都是拉得比较长的椭圆轨道，在离太阳愈来愈近的时候还会“长”出尾巴来。可是，这颗新天体却不是这样，它的边缘一直比较清晰，丝毫没有彗尾特征，而且它的轨道似乎接近圆形。

不久，赫歇尔根据所得到的观测数据，计算出它的轨道近似圆形，其距离太阳比土星远出约一倍。这时他意识到自己发现了一颗新行星。后来，法国天文学家拉普拉斯算出了它的轨道，距离太阳19.18天文单位（1天文单位为日地平均距离，约等于1.49亿千米）。经过一段时间的观测之后，天文界终于确定这是我们太阳系里的一颗新行星，它与太阳之间的距离，比当时所知最远的行星土星的距离远了一倍。

赫歇尔发现新行星的消息引起了极大的轰动。它后来被命名为天王星（取自希腊神话中土星父神的名字），就这样赫歇尔一举成名。

1781年当年，赫歇尔的好朋友华特生博士推荐他进入皇家学会。皇家学会颁给他柯普莱奖章以表彰他发现天王星，并且接纳他为皇家学会会员。赫歇尔兄妹的天文成就引起了英王乔治三世的注意，乔治三世也曾是汉诺威人，非常爱好天文。他于1782年亲自接见了赫歇尔，宽恕了赫歇尔年轻时擅离汉诺威军队的过错，任命赫歇尔为他的私人天文学家，并为赫歇尔提供年薪三百畿尼（Guine，旧英国金币，1畿尼=1.05英镑=21先令，最初是用几内亚的黄金铸造的，因此得名），以使他专心致志从事天文学研究。自此，赫歇尔放弃音乐，一心致力于他所钟爱的天文学。赫歇尔兄妹先是迁往温莎附近的达切特，1786年又迁往斯劳。他制造了一系列的大望远镜（一些还卖给其他国家），进行了很多开创性的研究和观测，1816年他被册封为爵士。赫歇尔成为专业天文学家时已经43岁，从未受过正规的高等教育，他的渊博学识、数理基础、冶炼技艺等全凭勤奋自学得到。在他的职业生涯中，他共制作过400多架望远镜，其中最大最著名的是一台40英尺（12米）长、口径49.5英寸（1.26米）的反射望远镜。

贡献影响

1781年，赫歇尔发现了太阳系中的第七颗行星——天王星，还发现了土星的两颗卫星和天王星的两颗卫星。

1782年，赫歇尔编制成了第一个双星表，他还发现了多数双星不是表面上的“光学双星”，而是真正的“物理双星”。

1783年，赫歇尔发现了太阳的自行，他得到的太阳运动方向和现代测量数据相差不到10度。

1786、1789、1802年，赫歇尔先后三次出版星团、星云表，记录了2500个星云和星团。

赫歇尔最重大的贡献，莫过于对银河系结构的研究，他是第一个确定了银河系形状大小和星数的人。

威廉有一个妹妹，卡罗琳·卢克雷蒂娅·赫歇尔（Caroline Lucretia Herschel，1750年3月6日－1848年1月9日），同样，她也是个出色的天文学家。威廉·赫歇尔是18世纪著名的天文学家，他不仅发现了天王星，还开创了恒星天文学，他研究并假设（某些）星云是由恒星组成，提出著名的恒星演化学说；他不仅在天文望远镜的发展史上留下永不磨灭的足迹，而且是当时最伟大的观测天文学家，为恒星天文学的建立奠定了第一块基石，在天文学史上他被誉为“恒星天文学之父”。