德国大哲学家康德说过：惟有两件事我越思索心中越感敬畏，那就是头上的星空和心中的道德律。自古以来，浩渺无限的星空使人1类对它产生了许多美好的遐想和好奇。可是，它对人类来说又是那么遥远，可望而不可及。随着伽利略发明天文望远镜，对星体进行观测，揭开浩瀚星空奥秘的伟大时代来临了。威廉赫歇尔就是这个伟大时代的杰出代表之一。
坎坷的经历
威廉赫歇尔(WilliamHerschel)，1738年11月15日生于德国汉诺威，是著名的天文学家。
赫歇尔的祖先大都从事园艺、酿酒等手工业，直到他的父亲艾萨蔑赫歇尔时，转而从事音乐。他的父亲于1731年举家迁往德国西眦部一个名叫汉诺威的小镇，在那里加入了禁卫军乐团服役，吹奏双举管。老赫歇尔生了6个子女，小赫歇尔排行第3，他的上面还有大姐苏菲亚和长兄雅可布，下面有二弟亚历山大、三弟迪特里希和小妹卡洛琳。
赫歇尔在父亲的熏陶下，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，不久又开始学习吹奏双簧管，并很快成为一名出色的双簧管演奏者。赫歇尔天性聪颖，爱好广泛，在父亲的指导下，不仅学习了音乐的乐理和技法，还逐渐对天文知识发生了浓厚的兴趣。原来他的父亲不仅精通乐理，而且还是一名业余天文学爱好者。在父亲的引导下，赫歇尔对夜空中的许多星座都非常熟悉，同时也对浩瀚星空有了初步的认识。
当赫歇尔到了该上学的年龄时，父亲把他送到汉诺威城中的加里松学校读书。在学校里，赫歇尔勤奋好学，尤其喜欢数学课程。他的数学成绩非常优秀，这为他日后处理分析和统计天文观测的数据，以及为他自学设计和制造天文望远镜所必备的光学知识，打下了坚实的基础。
由于子女较多，赫歇尔的家境变得日益贫困起来。尽管赫歇尔的学习成绩优秀，但为了减轻家庭的负担，他16岁时就离开了学校，与父亲一样加入禁卫军乐团，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，于是渡海偷偷跑到了英国的伦敦。在伦敦期间，由于人生地疏，举目无亲，又不谙英语，最后好不容易找到一家出售音乐制品的商店当雇员，帮人抄写乐谱糊口。
直到1760年，命运开始有了歹丝转杭赫歇尔的音乐才华受到了伦敦达林顿勋爵的赏龋勋爵的推荐，他受聘于达勒姆郡军乐团。这时，赫歇尔终手熬过了人生中最困难的时期，不用再终日为生计而奔波了，在演出和作曲之外，有了一些闲暇的时间。但赫歇尔并没有浪费这得来不易的宝贵时间，而是努力学习英文、意大利文和拉丁文，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。随着赫歇尔知名度的扩大，他的地位也不断升高，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。1776年，赫歇1尔搬迁到哈利法克斯，受聘为该城的大教堂管风琴演奏家。同年，他兼任巴兹(以温泉知名)大教堂的管风琴师。
研制高倍率望远镜
赫歇尔是具有强烈求知欲的人，旺盛的求知欲促使他从乐器演奏转入到对音乐原理的研究。为了研究乐理，他开始钻研史密斯的《注音》。一次很意外地从该书提供的线索中，他找到了史密斯撰写的另一本著作《完整的光学系统》。在这本书中，他发现了制作望远镜的技巧，这又重新唤起了他内心深处对宇宙浩瀚星空的迷恋。
在18世纪下半叶，当时照相术还没有问世，天文学家进行天文1观测都是以肉眼来进行的。那时的天文望远镜，无论是折射式的望1远镜还是反射式的望远镜，所用的镜筒一般都比较长，主镜的口径与焦距之比多为1／10，甚至1／15。折射望远镜主镜的原材料是价格高昂的优质玻璃，为了消除色差，透镜要设计成复合式。由于当时的望远镜的视距不够，天文学家只能观测邻近的太阳、月球和行星。然i而，赫歇尔决心要研究更遥远的天体。根据他的知识，他知道要想做；到这一点，就必须使用带有能集中足够光线反射镜的望远镜。由于市场上这种望远镜价格太高，并非他这个薪俸微薄的管风琴师所能买得起的，于是，赫歇尔决定利用从史密斯写的《完整的光学系统》一书中学到的光学知识，自己动手制造一台大口径高倍率的折射式望远镜。
1772年，赫歇尔返回故乡，又把妹妹卡洛琳也带到了伦敦。从1773年起，赫歇尔在卡洛琳的帮助下，开始研制他的高精度天文望远镜。他选用不同配比的铜、锑和锡合金为镜坯，精心打磨和抛光，制成聚光用的反射镜片。用这种方法，1776年赫歇尔一年内建成了三架望远镜。它们的反射镜片的I=1径分别为6．2英寸、9英寸和12英寸。当时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的失光，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也就称为赫歇尔望远镜。
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整个银河系，观测到了银河系的边缘，决心再制造一个威力更加巨大的望远镜。然而，因为他所要求的镜面实在太大，以至于超过了当地各个铸造厂的加工能力。因此，此后赫歇尔不得不决定在自己家里的地下室里自己动手制造。他将分量不同的铜、锡、锑混合起来，再加熔铸磨研。但是第一面反射镜在冷却时破裂了。赫歇尔并没有气馁，又做了第二次尝试，可惜这一次熔化了的金属流出了容器，溢到地板上来。赫歇尔再次受到了失败的打击。但是不久以后，赫歇尔在卡洛琳的热心支持和鼓励下，以百折不挠的毅力，几经失败，又不断总结经验和教训，改进了工艺方法，最后终于浇铸串合格的大镜坯。以此装配成的望远镜的性能，竟然比当时格林威治吞文台所用的望远镜还要优异。赫歇尔在一生中制作的望远镜达数可架之多。
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。(www.xing528.com)
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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