在1781年3月13日，这是一个很平常的日子，晴朗而略带寒意的夜晚，跟往常一样，他在其妹妹加罗琳（1750～1848）的陪同下，用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米的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，他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，引起了他的怀疑。
第二天晚上，他又继续观测。原来这颗星还在移动，尽管这颗星没有朦胧的彗发，也没有彗尾，肯定不是一颗恒星。但他以“关于一颗彗星的探讨”为题提出报告。
经过一段时间的观测和计算之后，这颗一直被看做是“彗星”的新天体，实际上是一颗在土星轨道外面的大行星，一下子太阳系的范围被扩大了整整一倍之多。天王星离太阳系约28亿8千多千米，而土星离太阳系约14亿千米。
天王星的发现使赫歇尔闻名于世，并被英王任命为皇家天文学家。此后，他致力于天文学，一生中做出过许多贡献。
哈雷彗星的的发现
中国民间将彗星叫作“扫帚星”。“彗”字在中国语言中有扫帚的含义。在古希腊人的语言中有“毛发”的含义。
世界上公认中国是对彗星观测和记录最早的国家。中国古书《淮南子·兵略训》中就记录了公元前1057年的一次彗星，它就是后来被命名为“哈雷”的彗星。1973年，从中国湖南长沙马王堆的一座汉朝的坟墓内，出土一幅彗星图，图上画有29种彗星，形状和名字都离奇古怪。
中国的《史记》、《文献通考》等古书，也记录过公元前240年这颗彗星的出现。《宋史》曾用166个字记载了它在1066年回归时的情况。从公元前1057年至公元1986年，哈雷彗星共回归了41次，中国除了有早期的3次记录外，还有从公元前240年往后的全部30次记录。
日食的发现
公元前1217年5月26日，居住在我国河南省安阳的人们，正在从事着各种各样的正常活动，可是一件让人吃惊的事情发生了。人们仰望天空，之前光芒四射的太阳，突然产生了缺口，光芒也暗淡下来。但是，在缺了很大一部分后，却又开始复原了。这就是人类历史上关于日食的最早记录。这一事件过程被刻在一片甲骨文上。
我国古代对日食的观察，保持了纪录的连续性。例如在《春秋》这本编年史中，就记载了公元前770年~公元前476年的244年中的37次日食。从公元3世纪开始对于日食的记录，更是一直延续到近代，长达一千六七百年之久。
对于日食的成因和周期性，我国古代科学家也做了不少研究，并早就有了比较深刻的认识。如成书于公元前100年左右的《史记》已经有了日食周期的记载。到西汉末年，刘歆又总结出一种周期，即135月有23次日食。对日食的正确认识和日食周期的发现，对于预报日（月）食有重要意义。我国古代在日（月）食预报方面有较高的水平，日（月）食预报历来是我国历法的一项重要内容。大约从公元3世纪起我国就能预报日食初亏和复圆的方向，到了唐代对于日食的预报已经比较完全。
我国古代通过对日食和月食的研究，形成了一套独特的方法和理论，提出了很好的数据，能准确地预报日（月）食，这也是我国天文学上的一项重要成就。
最早的太阳黑子发现
明亮的太阳光球表面，经常出现一些小黑点，这就是太阳黑子。我国是最早发现太阳黑子的国家，早在殷商甲骨文中就有关于太阳黑子的记载，在战国时期及汉代也有不少太阳黑子有关的记载，目前公认的世界上最早的太阳黑子记载是《汉书·卷二十·五行志下》：“和平元年……三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”和平元年是公元28年。我国古代不但有公认的最早的黑子记录，而且数量很多，记录很详细。从汉和平元年到明末为止，共有一百多次太阳黑子的记录，这些记录既有准确的日期，又有黑子的形状、大小、位置甚至变化的情况，对研究太阳黑子的活动及其对地球的影响提供了十分宝贵的资料。在西方，直到1611年，伽利略才使用望远镜确认了太阳黑子的存在。
太阳黑子其实并不黑，只不过由于它比周围的温度低，看起来显得黑些罢了。黑子的大小相当悬殊，大的直径可达20万千米，比地球的直径还要大得多：小的只有1000千米。黑子的寿命也很不相同，最短的小黑子寿命只有两三个小时，最长的大黑子寿命只有几十天。
太阳钟的奥秘
世界上最大的一座太阳钟是奥古斯都太阳钟，这座钟在古罗马艺术品中素享盛名。它由一块很大的平地和一根矗立在平地中央的华表组成。平地为钟面。上刻表示时辰的字面；华表为指针，高20余米，顶端有根尖圆形的小柱起着指针的作用。华表在地平面不同的投影表示不同的时辰，钟上刻有不少极有意义的箴言。
据载，公元前9年，古罗马皇帝恺撒的养子奥古斯都下令建造太阳钟，当时还在它的两边分别建造了和平祭坛和奥古斯都陵墓。这三件艺术品浑然一体，象征着皇帝神圣不可侵犯的威严。
但不幸的是，它造好后被提帕河的一次泛滥冲毁了，华表斜向一边。之后风吹雨淋，逐渐剥蚀了钟盘上的铭文。虽然以后的多朱提安王曾派人进行维修过，但最终还是华表倒塌，整个钟面湮没在泥浆里。1748年，那根花岗石柱得以重见天日。至于钟面，历代考古学家和天文学家都为能找到这个“尤物”不惜奔波劳碌。前几年，柏林德国考古研究所所长爱德蒙特布赫纳领导的考古小组在罗马城的一间酒吧地下觅见了它，它离当年太阳钟的所在地200米远。
最古老的天文台
科学家在德国戈瑟克附近发现了距今7000多年的世界上最古老的天文台，并对此进行了深入研究，最后得出结论说，人类在新石器时代和铜器时代就已经进行了精确的天象观测，并用之指导农业活动。
考古学家在2003年8月份第一次确认了这个“圆圈”的身份和年代。这座圆形建筑废墟是四个同心圆，一道土堤、一道沟渠和两圈一人高的木栅栏。他们有分别朝南、西南和朝北开的三道门。在冬至，站在圆圈中心的人将看到太阳从南门升起。
尽管航空调查发现了200多个类似的圆圈散布在欧洲各地，但是戈瑟克圆圈是其中20个已经发掘的遗迹里最古老和保存最完好的一个，它的功能在今天仍一目了然。尽管称它为德国的史前巨石柱（英国一座古太阳观测遗址），但它最起码早于巨石柱2000年，根据此地发现的陶瓷器碎片的直线纹路，这座天文台修建于公元前4900年前后。
最让人惊奇的是天文台的两个至日门（观察冬至、夏至日出日落的门）之间大约100度的跨度，与在距此25千米处内布拉附近发现的青铜圆盘上的夹角不谋而合。内布拉圆盘直径32厘米，制造于公元前1600年，是迄今发现的最古老的对星空进行客观描绘的作品。它描绘了娥眉月，满月，昴宿星团的七颗星，其他的一些恒星和几个弧形，它们都是由镶嵌在它上面的金叶构成的。
内布拉圆盘上有两个方向相反的弧代表日出和日落的位置，两弧的最低点相距97.5度，代表着德国中心地区冬至的日出和日落，最高点代表的则是夏至的日出和日落。由于过去几千年里太阳在至日的位置发生了一些变化，所以现在日出和日落的夹角已经比圆盘制造时和天文台建造时大，分别大1.6和2.8度。