发现天王星

　　赫歇尔自制望远镜探索星空，并不仅仅是纯粹出于作为一名普通天文爱好者对于星空的爱好和兴趣，而是有他伟大的目标。人类自古以来对宇宙自然天生具有的敬畏和好奇心的本性，在赫歇尔身上得到了充分的展示。赫歇尔决心要揭示宇宙究竟有多大，银河系是否有边界，若它的范围是有限的，那么又有多大等一系列困扰人类已久的天文学难题。而要解决以上这些难题，就必须知道恒星的距离。因此，赫歇尔开始了他那漫长艰辛但却伟大而辉煌的星空探索旅程。

　　18世纪70年代末以来，赫歇尔在卡洛琳的支持和协助下，开始了用他自制的7英尺望远望对星空进行“巡视”的创举。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(天文学表示天体相对亮度的数值)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。经过二次初步的观测，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。

　　在1781年3月13日夜，赫歇尔在金牛天区天关星(金牛)附近观测到一个不寻常的星体，亮度约6星等，有一定大小的视圆面，但可以肯定不是恒星。因为没有任何一颗恒星能在望远镜中显出圆面，恒星只能增大亮度。起初，赫歇尔推测他发现的可能是一个彗星。这以后，赫歇尔又连续跟踪了四夜，终于肯定这个天体相对于附近恒星的位置已经有了一点儿变动。这肯定不是一颗恒星!赫歇尔的发现被及时通报到了格林威治天文台和牛津天文台。经过验证，这颗星是从史前时代以来第一颗被发现的行星。这颗星后来被命名为天王星，取自希腊神话中土星父神的名字。后来又发现天王星和土星各有两颗卫星。
　赫歇尔一夜之间便从一个小城镇的音乐家和天文爱好者变成举世瞩目的有重大贡献的天文学家。1781年当年，他的朋友华特生博士推荐他到伦敦皇家学会。皇家学会颁给他柯普莱奖章以表彰他发现了天王星，并且一致同意接纳他为皇家学会会员。1782年，英王乔治三世亲自接见赫歇尔，并封他为皇家天文学家。华特生还帮助赫歇尔从乔治三世那儿得到每年200英镑的生活津贴。从此，赫歇尔放弃音乐，专心致力于他所钟爱的天文学。

　　恒星天文学的创立

　　赫歇尔成为专业天文学家时，已经43岁了。但是他仍然日夜工作不懈，努力开发天空的“自然史”。随着赫歇尔制作望远镜水平的不断提高，他的望远镜的空间贯穿能力也越来越强。赫歇尔发现了越来越多的星云，甚至以前从未知晓的星云，都被他那威力巨大的望远镜捕捉到了。

　　由于当时的观测设备的限制，天空中遥远的星云在人们看来不过是发光的斑点而已，一些天文学家经过观测，发现星云所发出的光呈乳白色，就认为星云不过是数不清的星聚集而成的。另外有些天文学家则认为，星云就是会发光的流体构成的。现在赫歇尔发现，他的大径望远镜非常适合用来解决关于星云本质这个天文学基本问题。

　　从1781年到1782年的冬天，赫歇尔对星云基本构成的研究兴趣越来越浓厚了。经过反复仔细的观测，他发现他的高倍率望远镜能够辨别出几个星云团中的恒星个体。这一发现使观测者认为，星云之所以看过去是一片乳白色的东西，是由于观测的装备不够先进，只要有更精确的观测设备，他们一定能辨别出其他星云里的恒星。这项发现促使赫歇尔在1784年和1785年提出，所有的星云都是由恒星组成的理论。其主要内容是：不必再用发光的奇妙流体来解释星云，目前仍然有不能解析的星云，是因为它们离我们太遥远的缘故。假若它们大到我们可能观测到，那么这个天体肯定是非常巨大的，甚至可能大到比包括太阳在内的星系大。根据这一观点，赫歇尔提出一个有关众多恒星团存在的假设。这项假设充实了从德国哲学家康德以来就有的“宇宙岛”假说。

　　我们知道，天空中各个星团之间是有差别的，赫歇尔为了说明这些星团之间的差别，就得指出这些星团之间的相对密度。通过对恒星密集的星团和恒星疏散的星团做比较，赫歇尔发现这种结构形式还可以显示出引力作用的大小。于是，他进一步推论，经过一段时间后，疏散的星团必然会集中形成一个密集的星团和几个更紧密的星团。也就是说，恒星疏散的星团是由于星团处于早期发展阶段，而恒星密集的星团则属于星团的晚期阶段。因此，赫歇尔提出“时间的变化 ”(即演化)概念，这一概念后来成为解释天文学的一个基本概念。

　　1785年，赫歇尔还发展了关于宇宙起源的“天体演化论”。他在此学说中指出：在无限的太空中，恒星最初是分散的，但随着引力的作用，渐渐组合起来形成更加碎裂和更加密集的星团。根据这两种假设，赫歇尔推测了太阳所处的银河系的形状。虽然他最终还是放弃了这两个假设，但是在研究恒星统计数值实际效用中，他已为人们提供了最初的例证。

　　辛勤不懈探索天空

　　1786年，赫歇尔向皇家学会呈交了记有1000个新发现的星云团表。1787年赫歇尔全家人移居到老温莎堡，第二年再移居到斯劳。赫歇尔为新居取名为天文台宝邸，并在宝邸前开辟出宽阔的场地，准备安装正在研制的40英尺望远镜。1789年，赫歇尔完成了他的第二部记录有1000个新发现的星云团表。同年，他的40英尺望远镜制造完成。这台巨大的望远镜具有非凡的探空威力，但由于其镜面由反光金属制成，直径达122厘米(48英寸)，焦点长度为12米(40英尺)，所以启动起来非常不便。除了需要极大的毅力、耐心和观测技巧以外，观察者还需要付出繁重的体力劳动。尽管如此，这台巨型望远镜确实是18世纪的科技奇迹之一。1802年，赫歇尔发表了第三部新发现的1000个星云

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