【威廉·赫歇爾】英國天文學(xué)家_人物百科

弗里德里?！ねず招獱柺?738年出生于德國的一位英國天文學(xué)家，恒星天文學(xué)的創(chuàng)始人、被譽(yù)為恒星天文學(xué)之父、英國皇家天文學(xué)會第一任會長、法蘭西科學(xué)院院士。他對音樂的熱愛引導(dǎo)他進(jìn)入了數(shù)學(xué)領(lǐng)域，對數(shù)學(xué)的興趣最終使他進(jìn)入了天文學(xué)領(lǐng)域，用自己設(shè)計(jì)的大型反射望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)天王星及其兩顆衛(wèi)星、土星的兩顆衛(wèi)星、太陽的空間運(yùn)動(dòng)、太陽光中的紅外輻射，編制成第一個(gè)雙星和聚星表，出版星團(tuán)和星云表；還研究了銀河系結(jié)構(gòu)。

主要經(jīng)歷

1738年生于德國，1758年遷居英國。赫歇爾利用全部業(yè)余時(shí)間制作望遠(yuǎn)鏡，經(jīng)過千錘百煉，他終于成為制造望遠(yuǎn)鏡的一代宗師，他一生磨制的反射鏡面達(dá)四百多塊，還造成一架口徑1.22米，鏡筒長達(dá)12米的大型金屬反射望遠(yuǎn)鏡。

出身音樂世家

弗里德里希·威廉姆·赫歇爾（Friedrich Wilhelm Herschel）是德國人，后來在天文學(xué)史上以其英國化的名字威廉·赫歇爾（Willim Herschel）和“著名英國天文學(xué)家”的頭銜聞名于世。他的祖先在德國大都從事園藝、釀酒等手工業(yè)，他的父親于1731年舉家遷往一個(gè)名叫漢諾威的小鎮(zhèn)，他父親在這里加入了禁衛(wèi)軍樂團(tuán)服役，當(dāng)一名樂師，他還會吹奏雙簧管。1738年11月15日威廉·赫歇爾在漢諾威出生了，當(dāng)時(shí)漢諾威是英王喬治二世的屬地（然而它并不真是大英帝國的組成部分）。

赫歇爾從小就喜歡音樂，并很早就顯露出這方面的天賦，他4歲時(shí)就跟從父親學(xué)習(xí)拉小提琴，后來學(xué)習(xí)吹奏雙簧管，并很快成為一名出色的雙簧管演奏者。由于家境遇到困難，他16歲時(shí)離開了學(xué)校，與父親一樣加入了禁衛(wèi)軍樂團(tuán)，在那里擔(dān)任小提琴和雙簧管演奏員。1756年，英國和法國之間爆發(fā)了歷史上的“七年戰(zhàn)爭”，德國也卷入其中；第二年，法國占領(lǐng)了漢諾威。赫歇爾不堪忍受戰(zhàn)爭之苦，于是他作為一個(gè)逃亡者渡海偷偷跑到英國的倫敦。他的音樂天才使他在英國獲得了成功，隨著在英國知名度的擴(kuò)大，他的地位也不斷提升，先后擔(dān)任過音樂教師、演奏師，并成為有一定知名度的作曲家。

赫歇爾在演出和作曲之外，有了一些閑暇的時(shí)間，赫歇爾努力學(xué)習(xí)英文、意大利文拉丁文，同時(shí)廣泛閱讀牛頓、萊布尼茨等科學(xué)家的自然哲學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)著作。1772年，赫歇爾作為訪問者回到了漢諾威，當(dāng)時(shí)他父親已經(jīng)去世，他說服了母親把妹妹卡羅琳·赫歇爾帶到英國幫他操持生活。青年赫歇爾愛好廣泛。由于他對音樂理論的探討涉獵了數(shù)學(xué)，進(jìn)而又接觸了光學(xué)。據(jù)說他父親不僅精通樂理，而且是一名天文愛好者，赫歇爾曾在父親的指導(dǎo)下，對天文知識有著濃厚的興趣。在父親的引導(dǎo)下，赫歇爾對夜空中的許多星座都非常熟悉。赫歇爾具有強(qiáng)烈的求知欲，這促使他從樂器演奏轉(zhuǎn)入對音樂理論的研究。為了研究樂理，他開始鉆研劍橋的羅伯特·史密斯的《注音》。結(jié)果他意外地從該書提供的線索中，買到了史密斯撰寫的兩卷本的經(jīng)典著作《光學(xué)》，這是一部能夠在理論和實(shí)踐上制作望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的引導(dǎo)性光學(xué)著作，其中一章名為“望遠(yuǎn)鏡對恒星的發(fā)現(xiàn)”，這些內(nèi)容引起了赫歇爾從事觀測和研究天體的強(qiáng)烈愿望和雄心。

自制精良的望遠(yuǎn)鏡

自古以來，人類對宇宙具有自然天生的敬畏和好奇心，這在赫歇爾身上有充分的展現(xiàn)。1773年，赫歇爾讀了一本科學(xué)普及作家詹姆斯·弗谷森（James Ferguson，1710－1776）寫的一本暢銷書——《對牛頓爵士的原理的天文學(xué)解釋》，有趣的是，該書作者與他同時(shí)代的許多人一樣，（書中）認(rèn)為所有行星以及恒星都是“為其合理的居民提供食宿”的，甚至彗星也可能住滿了能夠欣賞上帝手藝的生物，還有人認(rèn)為彗星上“為折磨那些可惡的罪犯而充斥著永恒的冷熱交替”。受此影響，赫歇爾甚至要把關(guān)于宇宙的這一通俗見解推廣到太陽上去，一開始他相信太陽像行星一樣是涼的，它是被云層包圍著，云層保護(hù)著太陽上的居民不受其外層火球的傷害，太陽黑子是人們透過火球的間隙所瞥見的云層。俗話說“百聞不如一見”，為了親眼看清史密斯和弗谷森書中所描述的那些天體，赫歇爾最初用折射式望遠(yuǎn)鏡觀察天體，但他感覺不理想，為了為他探索宇宙奧秘尋找更合適的利器，后來他轉(zhuǎn)向了反射式望遠(yuǎn)鏡。

1774年赫歇爾成功地安裝了一架口徑15厘米，焦距2.1米，放大40倍左右的牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡。通過這架望遠(yuǎn)鏡，他第一次成功地看到獵戶座大星云，并清楚地辨認(rèn)了土星的光環(huán)。更重要的是，通過不斷地實(shí)踐和總結(jié)，他終于掌握了一套磨制拋物面反射鏡的技術(shù)。從那以后，他除了晚上不知疲倦地做巡天觀測之外，還時(shí)常利用白天的時(shí)間磨制望遠(yuǎn)鏡鏡面。

1776年，他陸續(xù)磨制成功口徑分別為15厘米、51厘米、122厘米的巨大反射式望遠(yuǎn)鏡鏡面。當(dāng)時(shí)反射式望遠(yuǎn)鏡的焦點(diǎn)多采用牛頓式，即在主焦點(diǎn)之前的光軸上，斜置一平面副鏡，將焦點(diǎn)折射在鏡筒上端的一側(cè)。赫歇爾為了減少折射光的損失，將主鏡略微偏置，使星光經(jīng)主鏡反射后，焦點(diǎn)不會匯聚在光軸上，而是斜到鏡筒上端的一側(cè)。這樣，可以省去牛頓式的平面副鏡，從而提高聚光的效率。因?yàn)檫@一光學(xué)系統(tǒng)是赫歇爾發(fā)明的，所以后世稱之為赫歇爾焦點(diǎn)，而按照這種光學(xué)系統(tǒng)制成的望遠(yuǎn)鏡稱為“赫歇爾望遠(yuǎn)鏡”。

1787年，赫歇爾為了判斷他的望遠(yuǎn)鏡的視距是否真的已經(jīng)貫穿了銀河，即觀測更遙遠(yuǎn)的昏暗天體，他決心再制造一架威力更大的望遠(yuǎn)鏡。

發(fā)現(xiàn)天王星

18世紀(jì)70年代末，赫歇爾在卡洛琳的支持和協(xié)助下，開始用他自制的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行星空“巡視”觀測。其主要內(nèi)容是從他的住處逐個(gè)觀察分布于北天球上亮于4星等的亮星。整個(gè)過程歷時(shí)19年，被后人稱作第一期星空巡視。1780年，赫歇爾又開始了第二期星空巡視。經(jīng)過兩次初步的觀測，在1781年赫歇爾又開始進(jìn)行他的第三次全面觀測夜空的歷程。

1781年3月13日晚，赫歇爾像往常一樣，用自制的那架口徑15厘米的反射望遠(yuǎn)鏡觀測星空。他每次觀測都是聚精會神，不放過任何或許會帶來新發(fā)現(xiàn)的可疑現(xiàn)象。當(dāng)把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向雙子座的時(shí)候，他注意到雙子座有一顆很陌生的星，比較亮，可是在星圖上卻查不到它。他改用400多倍和900多倍的目鏡仔細(xì)觀測之后，肯定了這不是一顆恒星。因?yàn)椋h(yuǎn)鏡的倍率再大，恒星看起來始終是個(gè)星點(diǎn)兒，而這個(gè)天體，呈現(xiàn)為一個(gè)藍(lán)綠色的小球面形。隨著目鏡更換，看上去直徑變得愈來愈大，形象卻變得模糊了。為慎重起見，赫歇爾沒有聲張，而是連續(xù)10個(gè)夜晚密切地關(guān)注著這顆小星。他逐漸發(fā)現(xiàn)該星每天在緩慢地移動(dòng)，雖然不易覺察出來。他最初向皇家天文學(xué)會報(bào)告說，新發(fā)現(xiàn)了一顆彗星。彗星一般都是拉得比較長的橢圓軌道，在離太陽愈來愈近的時(shí)候還會“長”出尾巴來?？墒牵@顆新天體卻不是這樣，它的邊緣一直比較清晰，絲毫沒有彗尾特征，而且它的軌道似乎接近圓形。

不久，赫歇爾根據(jù)所得到的觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算出它的軌道近似圓形，其距離太陽比土星遠(yuǎn)出約一倍。這時(shí)他意識到自己發(fā)現(xiàn)了一顆新行星。后來，法國天文學(xué)家拉普拉斯算出了它的軌道，距離太陽19.18天文單位（1天文單位為日地平均距離，約等于1.49億千米）。經(jīng)過一段時(shí)間的觀測之后，天文界終于確定這是我們太陽系里的一顆新行星，它與太陽之間的距離，比當(dāng)時(shí)所知最遠(yuǎn)的行星土星的距離遠(yuǎn)了一倍。

赫歇爾發(fā)現(xiàn)新行星的消息引起了極大的轟動(dòng)。它后來被命名為天王星（取自希臘神話中土星父神的名字），就這樣赫歇爾一舉成名。

1781年當(dāng)年，赫歇爾的好朋友華特生博士推薦他進(jìn)入皇家學(xué)會。皇家學(xué)會頒給他柯普萊獎(jiǎng)?wù)乱员碚盟l(fā)現(xiàn)天王星，并且接納他為皇家學(xué)會會員。赫歇爾兄妹的天文成就引起了英王喬治三世的注意，喬治三世也曾是漢諾威人，非常愛好天文。他于1782年親自接見了赫歇爾，寬恕了赫歇爾年輕時(shí)擅離漢諾威軍隊(duì)的過錯(cuò)，任命赫歇爾為他的私人天文學(xué)家，并為赫歇爾提供年薪三百畿尼（Guine，舊英國金幣，1畿尼=1.05英鎊=21先令，最初是用幾內(nèi)亞的黃金鑄造的，因此得名），以使他專心致志從事天文學(xué)研究。自此，赫歇爾放棄音樂，一心致力于他所鐘愛的天文學(xué)。赫歇爾兄妹先是遷往溫莎附近的達(dá)切特，1786年又遷往斯勞。他制造了一系列的大望遠(yuǎn)鏡（一些還賣給其他國家），進(jìn)行了很多開創(chuàng)性的研究和觀測，1816年他被冊封為爵士。赫歇爾成為專業(yè)天文學(xué)家時(shí)已經(jīng)43歲，從未受過正規(guī)的高等教育，他的淵博學(xué)識、數(shù)理基礎(chǔ)、冶煉技藝等全憑勤奮自學(xué)得到。在他的職業(yè)生涯中，他共制作過400多架望遠(yuǎn)鏡，其中最大最著名的是一臺40英尺（12米）長、口徑49.5英寸（1.26米）的反射望遠(yuǎn)鏡。

貢獻(xiàn)影響

1781年，赫歇爾發(fā)現(xiàn)了太陽系中的第七顆行星——天王星，還發(fā)現(xiàn)了土星的兩顆衛(wèi)星和天王星的兩顆衛(wèi)星。

1782年，赫歇爾編制成了第一個(gè)雙星表，他還發(fā)現(xiàn)了多數(shù)雙星不是表面上的“光學(xué)雙星”，而是真正的“物理雙星”。

1783年，赫歇爾發(fā)現(xiàn)了太陽的自行，他得到的太陽運(yùn)動(dòng)方向和現(xiàn)代測量數(shù)據(jù)相差不到10度。

1786、1789、1802年，赫歇爾先后三次出版星團(tuán)、星云表，記錄了2500個(gè)星云和星團(tuán)。

赫歇爾最重大的貢獻(xiàn)，莫過于對銀河系結(jié)構(gòu)的研究，他是第一個(gè)確定了銀河系形狀大小和星數(shù)的人。

威廉有一個(gè)妹妹，卡羅琳·盧克雷蒂婭·赫歇爾（Caroline Lucretia Herschel，1750年3月6日－1848年1月9日），同樣，她也是個(gè)出色的天文學(xué)家。威廉·赫歇爾是18世紀(jì)著名的天文學(xué)家，他不僅發(fā)現(xiàn)了天王星，還開創(chuàng)了恒星天文學(xué)，他研究并假設(shè)（某些）星云是由恒星組成，提出著名的恒星演化學(xué)說；他不僅在天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展史上留下永不磨滅的足跡，而且是當(dāng)時(shí)最偉大的觀測天文學(xué)家，為恒星天文學(xué)的建立奠定了第一塊基石，在天文學(xué)史上他被譽(yù)為“恒星天文學(xué)之父”。