威廉·赫歇尔(“恒星天文学之父”)

威廉·赫歇尔（全名：弗里德里希·威廉·赫歇尔，英文名：Friedrich William Herschel，1738年11月15日～1822年8月25日），英国18世纪天文学家、音乐家、作曲家，被称为“恒星天文学之父”。

1738年11月15日，威廉·赫歇尔出生在汉诺威，从20岁创作第一首乐曲，到44岁放弃音乐选择天文学，在25年里创作了几百支曲子，成为一位有名的音乐家。1756年，英法海底隧道之间爆发了历史上的“七年战争”，18岁的赫歇尔不堪忍受战争之苦，擅自脱离军队逃亡渡海到英国伦敦。1774年3月，在妹妹卡洛琳的协助下，威廉·赫歇尔自行设计和建造了第一架反射望远镜。1781年3月13日，威廉·赫歇尔发现了天王星。同年，他成为一名法兰西皇家科学院通讯院士，还被英国国王乔治三世聘请为私人天文学家。1785年，威廉·赫歇尔获得一幅银河系结构图，开创了银河系结构的系统研究。两年后，威廉·赫歇尔发现天王星的两颗卫星天王卫三和天王卫四，随后于1789年，又发现了土星的两颗卫星土卫一和土卫二。1821年当选为刚建立的英国国家天文学会首任会长。1822年8月25日，威廉·赫歇尔逝世。

1781年，威廉·赫歇尔被伦敦皇家自然知识促进学会选举为会员，获得一枚开普勒勋章。1816年，威廉·赫歇尔受封为犹他爵士队。威廉·赫歇尔的太阳系模型中，太阳仍然位于那时所认识的宇宙范围——银河系的中心，基于赫歇尔当时在天文界中有着很高的声望，这一不正确的概念维持了130余年。

人物生平

出生德国音乐世家

威廉·赫歇尔的祖先在德国从事园艺、酿酒等手工业。1731年，他的父亲举家迁往一个名叫汉诺威的小镇并加入了禁卫军乐团服役，当了一名乐师，他还会吹奏双簧管。1738年11月15日，威廉·赫歇尔出生在汉诺威。老赫歇尔还喜欢钻研天文学，这个爱好影响了赫歇尔，使他最终走上了天文学的道路。

威廉·赫歇尔从小就喜欢音乐，并很早就显露出天赋，4岁时就跟从父亲学习拉小提琴，后来学习吹奏双簧管，很快成为一名出色的双簧管演奏者。由于家境遇到困难，他14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。威廉·赫歇尔从20岁创作第一首乐曲，到44岁放弃音乐选择天文学，在25年里创作了几百支曲子，成为一位有名的音乐家。

战争中偷渡英国

1756年，英法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，18岁的赫歇尔不堪忍受战争之苦，擅自脱离军队逃亡渡海偷偷跑到英国伦敦。威廉·赫歇尔把自己的名字“威廉”的德语拼写方法Wilhelm（威廉姆）改成英文William（威廉）。赫歇尔刚到英国时生活比较艰难，开始靠帮人抄写乐谱填饱肚子，后来先后担任过音乐教师、演奏员、作曲家和琴师，并成为有一定知名度的作曲家。1760年，赫歇尔的音乐才华受到了伦敦达林顿勋爵的赏识，并被推荐受聘于达勒姆郡军乐团，从那以后生活才有所好转。1766年，他被任命为巴斯市一座上流教堂——八角教堂的风琴手。由于收入稳定，赫歇尔熬过生活最困难时期，从此不再为生计而奔波。

转向天文研究

威廉·赫歇尔利用演出和作曲之外的时间学习英文、意大利文、拉丁文，同时阅读艾萨克·牛顿、戈特弗里德·莱布尼茨等科学家的自然哲学、数学、物理学著作。1772年，威廉·赫歇尔作为访问者回到了汉诺威王国，将妹妹卡罗琳·赫歇尔带到英国帮他操持生活。青年威廉·赫歇尔由于对乐理的探讨涉猎了数学，进而又接触了光学。威廉·赫歇尔从乐器演奏转入对音乐理论的研究，开始钻研剑桥大学的罗伯特·史密斯的《注音》。他意外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兴趣。

1774年3月，在妹妹卡洛琳的协助下，威廉·赫歇尔自行设计和建造的第一架反射望远镜诞生了。其口径约为12.7厘米，焦距约为1.7米；为减少失光，威廉·赫歇尔省去了艾萨克·牛顿式平面副镜，后世称为赫歇尔式望远镜。这是历经一年多不断试验、失败、再试验的结果。1776年一年之内，威廉·赫歇尔便建成了3架自用的望远镜，最长的有6米。1781年3月13日晚上10~11点间，威廉·赫歇尔发现一颗新星，根据天文学家波得的建议，这颗新星用希腊神话中天神鸟兰纳斯来命名,中文译为“天王星”。1785年，威廉·赫歇尔获得一幅银河系结构图，这一发现，开创了银河系结构的系统研究。

1781年，伦敦皇家自然知识促进学会选举威廉·赫歇尔为会员，并成为一名法兰西皇家科学院通讯院士。英国国王乔治三世亲自接见他，不仅赦免了他当年擅自逃离军队的过错，还聘请威廉·赫歇尔为国王的私人天文学家，每年薪金高达到200镑，可以专门从事天文研究。

逝世

1822年8月25日，威廉·赫歇尔逝世。这位自学成才的天文学巨匠，是18世纪最伟大的天文学家。

主要成果

制造天文望远镜

1774年3月，威廉·赫歇尔自行设计和建造的第一架反射望远镜诞生。1776年一年之内，威廉·赫歇尔便建成了3架自用的望远镜，最长的有6米。

1787年制成了口径为45厘米的中型望远镜；1789年制成了口径是122厘米、焦距为12.2米大型反射望远镜，是起初制作的望远镜口径的8倍，这在当时是世界上最大的天文望远镜，在半个多世纪的时间内，没有任何望远镜能与之相比。

发现天王星及其卫星

1781年3月13日晚上10~11点间，威廉·赫歇尔正考察双子座H星附近的一群小星时，发现了一个异常明亮的星，威廉·赫歇尔将它同双子座H及双子、御夫之间的小星作比较，发现它比任何一个都亮。威廉·赫歇尔怀疑它可能是一个彗星，发现该星的直径随放大率而增大，肯定不是恒星。经沃森博士推荐，观测报告送呈皇家学会。在此之后，威廉·赫歇尔又跟踪观测了4夜。4月26日，他应邀在皇家学会宣读发现新天体的论文。根据天文学家约翰·波得的建议，这颗新星用希腊神话中天神鸟兰纳斯来命名,中文译为“天王星”。8月，俄罗斯的刘塞尔、法国的皮埃尔-西蒙·拉普拉斯同时计算出该星的轨道，确认它是土星之外的大行星。太阳系的疆界一下子扩大了一倍，为尼古拉·哥白尼“日心说”添加了有力的证明。整个英国震动了，威廉·赫歇尔也一举成名。1787年，发现天王星的两颗卫星天王卫三和天王卫四；1789年，又发现了土星的两颗卫星土卫一和土卫二。

银河系结构研究

1784年，威廉·赫歇尔决心数一数天上的星究竟有多少，同时研究它们究竟是怎么分布的。为此，他制定了一个“中国空间站工程巡天望远镜计划”且成绩斐然。经过近20年的艰辛探索和天文观测，威廉·赫歇尔和妹妹卡洛琳一共发现了3000多个星云和星团。而在这以前，世界上的所有天文学家所观察到的总和也不过150个。1785年，威廉·赫歇尔获得一幅银河系结构图，初步确立了银河系的概念并加以解释：银河系是一个扁平状的圆盘一样的数以千亿万亿计的星体组成的物体，这一发现，开创了银河系结构的系统研究。

发现红外辐射

1800年，他研究太阳光谱的各种色光的热作用。发现太阳光谱中红外波段有辐射，这是首次探测到天体的红外辐射，这是人类第一次发现大自然中除可见光之外还存在着其他辐射。威廉·赫歇尔科学推测得出了红外辐射的性质，从此诞生了彩色光度学。

星团和星云研究

1781年到1782年的冬天，威廉·赫歇尔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白茫茫的东西，是由于观测的装备不够先进，只要有更精良的观测设，他们一定能分辨出其他星云里的恒星。这项发现促使威廉·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了，存在不能解析的星云是因为它们距离太遥远的缘故；赫歇尔提出存在着由众多恒星聚集为巨大天体的假设。

威廉·赫歇尔当时通过把恒星密集的球状星团和疏散的星团做比较，发现这种结构形式还可以显示出引力作用的大小。他提出推论，经过一段时间后，疏散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，威廉·赫歇尔提出天体有“时间的变化”（即演化的），这一说法后来成为一个基本的科学概念。1785年，威廉·赫歇尔发表了自己的天体演化理论。他指出，在广阔无垠的太空中，恒星最初是分散的，但随着引力的作用，渐渐聚集起来，形成更加密集的星团。

1786年、1789年和1802年，他3次向皇家学会呈交的星云星团表，汇编成3部星云和星团表，共记录了2500个星云和星团。其中仅100多个系前人已知。

发现太阳空间运动

1783年，威廉·赫歇尔通过一些恒星自行资料发现太阳系正在发生偏移，指出太阳有向武仙座方向的空间运动，被称为太阳的本动。他选择了七颗星便定出了太阳的运动方向，并通过计算得出太阳以每秒17.5公里的速度往武仙座方向运动的结论，太阳运动方向和现代测量数据相差不到10度。这个结论与现代测定的太阳以每秒19.7公里的速度往武仙座—天琴座方向运动的事实相差无几。威廉·赫歇尔还打破了太阳静止的假说。

开创恒星天文学

威廉·赫歇尔注重对恒星世界的观测，经过许多年的计数恒星工作，他提出了第一个银河系模型，得出了银河系有限、银河系内恒星可数的正确结论。威廉·赫歇尔研究并假设(某些)星云是由恒星组成，提出著名的恒星演化学说。威廉·赫歇尔首先提出“双星”的名字。1802-1804年，威廉·赫歇尔指出大多数双星并非在方向上偶然靠在一起的光学双星，而是物理双星，还发现双星两子星的互相绕转存在着万有引力作用。通过对双星的长期观测，1782年、1785年和1821年（逝世前1年），由皇家学会3次刊布双星星表，共发现双星、三合星和聚星848个。

关注变星

威廉·赫歇尔关注亮度有变化的星，成为第一个系统报道“变星”的人；变星的亮度较高，呈现周期闪光的特殊性，使它们成为了观测天文距离的航标。

测量月球山峰

威廉·赫歇尔还测量过月球山峰的高度。

音乐创作

1762年创作D大调第14交响曲。1766年，被聘为巴斯大教堂的管风琴师，成为当地著名的风琴手兼音乐教师，指导多名学生。1981年4月25日，当人们在英国格林尼海军大学礼拜堂举行“纪念赫歇尔演奏会”，纪念他发现天王星200周年，演奏的乐曲都是赫歇尔本人的作品。

代表著作

1786年、1789年和1802年3次出版星团和星云表，其中刊载了2500个星团和星云。

1785年2月3日，赫歇尔发表了著名的《天的结构》(on the Construction of theHeavens)一文，在这篇文章中他探讨了星云形态问题，并且再次肯定了只要有强力望远镜，那么所有星云都是可分的这一观点。然而，在这篇文章中他也提到了对他后来星云观念转变有重大影响的一种星云——行星状星云(Planetary Nebulae)。

个人生活

威廉·赫歇尔家有6个子女，4男2女，威廉·赫歇尔排行第三，最小的妹妹名为卡罗琳·卢克雷蒂·赫歇尔，长大后也成为了一名天文学家。赫歇尔家的4个男孩由父亲负责教导，在家里学习音乐。1788年，威廉·赫歇尔和一位富有的寡妇结婚，1792年他们的儿子约翰·赫歇尔（1792-1871年）出世。

威廉·赫歇尔的儿子约翰·弗里德里希·威廉·赫歇尔(1792-1871年)也是天文学家，他一生从未在任何科研机构任职，靠自己家庭的私人财产生活从事天文学研究。为了将父亲的中国空间站工程巡天望远镜和恒星计数工作扩展到南天，约翰于1834年初携妻子和3个孩子前往非洲好望角，在那里工作了4年，共记录68948个包括恒星、星团、星云、双星等在内的天体，测定了许多恒星的亮度，编制了南天的星云星团表。他历时9年编的《好望角天文观测结果》是一部杰作，于1847年发表。1848年，约翰当选皇家天文学会主席。《物种起源》的作者乔治·达尔文称呼他是“我们时代最伟大的哲学家之一”：1831年，获册封骑士爵位，1837年在维多利亚女王加冕典礼上被封为准男爵。1871年5月11日，约翰·赫歇尔逝世于肯特郡英国为他举行了国葬，葬于西斯敏斯特大教堂牛顿菜旁。约翰的儿子亚历山大是以研究彗星和流星雨著名的天文学家。

威廉·赫歇尔的妹妹卡罗琳·赫歌尔，是人类历史上第一个女性天文学家，在天文研究上也有突出贡献，独立发现了14个星云和8颗星。她在1828年78岁时获得英国皇家天文学会的金质奖章，1846年获普鲁士国王颁发的金质奖章。为纪念她在天文学上的贡献，小行星281“卢克雷蒂娅”以她中间的名字命名。此外，在月球的虹湾月海上亦有一个名为叫卡罗琳·赫歇尔的环形山。

人物评价

我们不得不承认，这世上或许真有所谓文理皆精的“天才”——伟大的天文学家、恒星天文学之父威廉·赫歇尔（1738～1822）就是其中一员。他是英国18世纪的伟大天文学家，正是他发现了天王星，制作了当时最大的望远镜，并提出第一个银河系模型。但很多人不知道的是，这位以科学发现永载史册的人，首先是一位音乐家，有多篇交响乐、协奏曲以及奏鸣曲传世。（《光明日报》评）

“放眼望深渊，星斗布满天，繁星数不尽，天涯若无边。”这是伟大学者和诗人米哈伊尔·罗蒙诺索夫的诗句。星空的美妙，宇宙的神秘，永远激荡着人类的心灵，也使一位出生于音乐之家的少年产生无穷的遐想。他原是双簧管手，以音乐为生，但是他认为星光比乐曲更令人陶醉。于是，他不畏劳苦地走上了一条自学成才的道路，最后成为反射望远镜大型化的一代宗师、天王星的发现者和恒星天文学之父。他就是大天文学家威廉·赫歇尔。（《科学人物》评）