经过近20年的艰辛探索，赫歇尔和卡洛琳发现了3000多个星云和星团。赫歇尔还开创了对银河系结构的研究，绘制了第一张银河截面图。而在赫歇尔开创这一伟大天文观测计划以前，天文学家已知的非星天体总穗也不多于150个。虽然赫歇尔建造40英尺望远镜是为了验证其所有的星云均是恒星集团的理论，但是在这台望远镜正式使用以前，赫歇尔根据自己观测到的行星状星云这一非星天体，确证了宇宙间确实存在弥漫状天体，它们是云气，而非原来认定的恒星。19世纪初的天文学家并不知道赫歇尔发现的3000个非不断提高，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7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个星云团表，最终结束了长达19年的星云“巡天”观测计划。

　经过近20年的艰辛探索，赫歇尔和卡洛琳发现了3000多个星云和星团。赫歇尔还开创了对银河系结构的研究，绘制了第一张银河截面图。而在赫歇尔开创这一伟大天文观测计划以前，天文学家已知的非星天体总和也不多于150个。虽然赫歇尔建造40英尺望远镜是为了验证其所有的星云均是恒星集团的理论，但是在这台望远镜正式使用以前，赫歇尔根据自己观测到的行星状星云这一非星天体，确证了宇宙问确实存在弥漫状天体，它们是云气，而非原来认定的恒星。19世纪初的天文学家并不知道赫歇尔发现的3000个非星天体除少数星云和气体星云外，大多数为星云的本原。又过了100年，人们才确认了它们原来是银河系以外的星系，也就是赫歇尔所预言的由恒星集合而成的宇宙岛。赫歇尔发现的星云，以及由他编撰的非星天体表，为20世纪的现代星系天文学的诞生做了超前准备。

　　赫歇尔之所以能在星云研究中有如此丰硕的成果，是与他几十年如一日的勤奋工作分不开的。他移居斯劳以后，每天晚上，只要不受月光和天气等观测条件的妨碍，总要在妹妹卡洛琳的陪同下观测夜空。如果遇到多云的天气，他就请人看守，只要天空的云气散了，就随时通知他来继续观测。赫歇尔是如此的热爱他的天文学事业，用他全部的精力致力于对浩渺无限星空的探索，直到50岁时，即1788年，才考虑他自己的婚姻生活，娶了M．皮特为妻。1792年，赫歇尔的独生爱子约翰•赫歇尔出世，长大后也成了英国著名的天文学家。1793年赫歇尔加入英国国籍，1816年赫歇尔被英王册封为爵士。1821年，赫歇尔与儿子一起创建了英国皇家天文学会，并成为第一任会长。1822年8月25日，威廉•赫歇尔病逝于斯劳宅邸，享年84岁。

　　赫歇尔从没有受过正规的高等教育，他的渊博学识、数理基础、冶炼技艺等等全凭勤奋自学得来。他以旺盛的事业心和令人折服的观测技艺完成了长达19年艰辛的“巡天”计划。他的这一壮举，不仅给后人留下了大量极其宝贵的观测数据，还发现了天王星。他开创了以恒星为基准系统观测天体的恒星天文学，假设了星云由恒星组成，由此发展出著名的恒星演化学说。赫歇尔不仅在天文望远镜的发展史上留下永不磨灭的足迹，而且在天文学史上为恒星天文学的建立奠定了第一块基石，成为当时最伟大的观测天文学家，被誉为“恒星天文学之父”。

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