书城科普读物科学文库——逐数天文巨匠
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第11章 威廉·赫歇尔

威廉·赫歇尔(1738-1822年),英国天文学家,恒星天文学的创始人,被誉为恒星天文学之父。

一、威廉·赫歇尔的生平

1738年,威廉·赫歇尔出生于德国汉诺威,他的父亲艾萨克是一位双簧管手,在禁卫军乐团服役。威廉4岁就跟从父亲学习小提琴,稍大又学吹双簧管。父亲用以施教的乐理教材,其中有史密斯的《和声学》。根据该书提供的线索,威廉找到了史密斯的另一专著《完整的光学系统》,于是他很早就掌握了望远镜的基础知识。而老艾萨克又是个多才多艺的人,在夜晚教授子女音乐之余,常乘兴指点他们认识星空。

威廉·赫歇尔

16岁的威廉为减轻家庭负担被迫辍学,进军乐团吹起了双簧管。1756年,英法爆发了“七年战争”,普鲁士站在英国一边,奥地利和俄罗斯站在法国一边。威廉不堪战争之苦,于翌年只身渡海遁逃伦敦。17岁时他到了英国,当宫廷歌会的双簧管吹奏者。他一边以音乐维持生活,一边努力学习数学和物理。

1774年,在威廉36岁的时候,在妹妹卡洛琳的协助下,威廉自行设计和建造的第一架反射望远镜诞生了。这架望远镜口径约为12.7厘米,焦距约为1.7米;为减少失光,威廉省去了牛顿式平面副镜,后世称为赫歇尔式望远镜。1776年一年之内,他便建成了3架自用的望远镜,最长的有6米。他一生中制造了400多台望远镜,口径最大的有125厘米。

1781年3月13日,一个很平常的日子,晴朗而略带寒意的夜晚,跟往常一样,威廉在其妹妹卡洛琳的陪同下,用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米反射望远镜,对着夜空热心地进行巡天观测。当他把望远镜指向双子座时,发现有一颗很奇妙的星星,乍一看像是一颗恒星,一闪一闪地发光,这颗星星被命名为天王星。赫歇尔本人这样记载此次天王星的发现的:“1781年3月13日星期二晚上10点到11点间,我正考察双子座H星附近的一群小星时,发现了一个异常明亮的星,我将它同双子座H及双子、御夫之间的小星作比较,发现它比任何一个都亮。我怀疑它可能是一个彗星……”天王星是天文学家用望远镜探测到的太阳系中的第一颗新行星。它距离太阳是日地平均距离的19倍,平均视亮度5.5星等,肉眼勉强可见。

1782年,赫歇尔编制成了第一个双星表,他还发现了多数双星不是表面上的“光学双星”,而是真正的“物理双星”。

1783年,赫歇尔发现了太阳的自行运转,他得到的太阳运动方向和现代测量数据相差不到10°。

1786年、1789年和1802年,他三次向皇家学会呈交的星云星团表,共记录了2500个星云和星团。此外,他开展了天文学史上前所未有的双星观测,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。“数星星”成了威廉最辉煌的天文业绩。

二、威廉·赫歇尔的成就

威廉·赫歇尔制造了许多大型望远镜。磨制出售的望远镜至少有76架。自用的反射望远镜最大口径125厘米,为当时世界之最。

1781年,威廉·赫歇尔用自制望远镜作巡天观测时偶然发现了天王星,后又发现了天王星和土星各自的两颗卫星,为此荣获英国皇家学会科普利奖章,并被选为会员。

威廉·赫歇尔进行了银河系结构的研究,用统计法首次确认了银河系为扁平状圆盘的假说。

威廉·赫歇尔从事星团、星云和双星的研究,集20年观测成果,汇编成3部星云和星团表,共记载了2500个星云和星团,其中仅100多个系前人已知,还发现了双星、三合星和聚星848个。

其他研究成果:用统计法首次确认了银河系为扁平状圆盘的假说;集20年观测成果,汇编成3部星云和星团表,共记载了2500个星云和星团,其中仅100多个系前人已知,还发现了双星、三合星和聚星848个;发现了太阳的空间运动。他发现并测定出太阳的向点位于武仙座附近,与现代的公认值十分接近。

天王星是太阳系中离太阳第七远的行星,从直径来看,是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大,质量却比其小。天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相像。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的,但它们的物质分布却几乎是相同的。

天王星的大气层含有大约83%的氢,15%的氦和2%的甲烷。如其他所有的气态行星一样,天王星也有带状的云围绕着它快速飘动,但是它们非常微弱。

天王星显蓝色是其外层大气层中的甲烷吸收了红光的结果。那儿或许有像木星那样的彩带,但它们被覆盖着的甲烷层遮住了。像其他所有气态行星一样,天王星有光环。它们像木星的光环一样暗,但又像土星的光环那样由相当大的直径达到10米的粒子和细小的尘土组成。天王星有11层已知的光环,但都非常暗淡;最亮的那个被称为Epsilon光环。天王星的光环是继土星被发现后第一个被发现的,这一发现被认为是十分重要的,由此我们知道了光环是行星的一个普遍特征,而不是仅为土星所特有的。

1楼昵称:开心果

威廉学音乐学却成了天文学家,大家如何看待音乐和天文的关系啊?

2楼昵称:妞妞

古希腊哲人毕达哥拉斯的“宇宙和谐论”坚信音乐和天文一脉相通。在毕达哥拉斯的心中,宇宙有如一个庞大的乐队,众星和谐地分布于天穹,拨动着各自的琴弦,各种乐音汇成天籁之音,在宇宙中回荡。“听到了吗?”这位先哲问道,“把你们的心全投入进去,让你们已洁净的灵魂飞到太空中遨游,你们就会听到了。”

3楼昵称:豆豆

威廉·赫歇尔最初是一位音乐家,但后来在天文上取得的成就充分说明科学是没有界限的,兴趣是推动科学进步的源泉。

4楼昵称:草根

威廉·赫歇尔为什么被称为“恒星天文学之父”呢?

5楼昵称:冷风吹儿

因威廉·赫歇尔在天文学,特别是恒星观察领域业绩卓著,后人将他誉为“恒星天文学之父”。

赫歇尔兄妹就是天文学家中立志“数星星”的最先的两个“蠢人”。正是他们第一次用巨型望远镜去撞开恒星世界的大门。而在这一伟大创举之前,人类只是把自己的视力局限在地球附近的地月空间和太阳附近的五大行星之间。威廉在历史上为恒星天文学的建立奠定了第一块基石。他第一次用实证科学而不是哲学思辨去揭示银河系的真面目。他雄心勃勃地制定并有效完成的星云巡天观测计划长达19年。1786年、1789年和1802年,他3次向皇家学会呈交的星云星团表,共记录了2500个星云和星团。此外,他开展了天文学史上前所未有的双星观测,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。

“数星星”成了威廉最辉煌的天文业绩。他是第一个敢于“拥抱那无边无际”的人!

为了数星星,赫歇尔兄妹数十年如一日默默无闻地劳作。赫歇尔兄妹从不轻易放过任意可观测的晴朗天气,无论是严寒的冬宵,还是酷暑的夏夜,常常从夜幕降临观测到晨曦初上,废寝忘食,彻夜不眠。威廉饿了,渴了,仍舍不得离开研磨望远镜镜面的活计,卡洛琳就用叉子汤匙一口口喂他。如此艰苦劳累,他俩却毫无怨言,乐此不疲,为了科学,虽苦犹甜。

为了数星星,赫歇尔兄妹忘了岁月,不知老之将至,完全献身于神圣的科学事业。威廉50岁成婚,娶的是一位肯大力资助他研制大型望远镜的富家寡妇,54岁得子约翰。约翰长大后,子承父业,主要业绩是用父亲的仪器在好望角数南天的星星。至于卡洛琳,对天文学一往情深,为数星星终身未嫁。