1781年3月13日
恒星天文学之父——赫歇尔
他有着特殊的音乐天赋，是优秀的小提琴手、手风琴手和双簧管手，在教堂音乐的创作上他也很成功，曾创作过第24交响乐、C小调第8交响乐、15号降E大调交响乐、古钢琴奏鸣曲、小提琴协奏曲、双簧管协奏曲等。他曾梦想当一名音乐家，然而却把毕生献给了天文学，他就是开创了恒星天文学的威廉·赫歇尔（图1）。图2是赫歇尔所创作的乐曲手稿。
图1
图2
1738年11月15日，威廉·赫歇尔生于德国的汉诺威，从4岁起就跟随父亲拉小提琴和手风琴，后来吹奏双簧管，很快就成为交响乐团的第一双簧管手。由于家境困难，16岁时，与父亲一起加入禁卫军军乐团，又由于嫌恶战争，19岁时随父亲移民英国。
对赫歇尔来说，成为一名音乐家或一位天文学家似乎都很自然。音乐的美妙与宇宙的神秘都常使他的心激荡不已，星光和乐曲同样令他陶醉。正如毕达哥拉斯所说，宇宙就是一个庞大的乐队，众星和谐地分布于天穹，拨动着各自的琴弦。各种乐声汇成天籁之音，在宇宙中回荡。“听到了吗？”这位先哲问道，“把你的心全投入进去，让你纯洁的心灵飞到太空中遨游，你就会听到了。”赫歇尔听到了，他的目光从音乐转到了天上，为了搜寻宇宙的旋律，从此走向了一条更为艰难之路。经过半个多世纪艰苦卓绝的努力，他成为世界上最著名的天文学家，天王星的发现者，恒星天文学的创始人。
从1773年开始，赫歇尔步入天文学的观测与研究。由于热爱使他忘记甘苦，一天长达十几小时不知停歇，从用自制望远镜观测月球开始，随着望远镜越做越大，目光也伸展得越来越远。他测量过月球山峰的高度；观测了土星的光环，先后发现了土星的两颗新的卫星；第一个发现了太阳的红外辐射；在研究恒星的“自行”时，首先证实了太阳的“运动”，并指出了它的运动方向，他的这一发现，冲破了旷日持久的认为太阳恒静不动的传统观念。
在1781年3月13日，赫歇尔有了更重要的发现。在观测双星时，他发现了天王星。刚看到这颗星的时候，他就感觉异样，与一般恒星不同，它更像颗行星。为了慎重起见，他没有声张，把目镜从400倍增加到900倍，如果是恒星，由于距离较远，所看到的应该始终是个光点，但是这颗星的直径却在变大。经过连续10个夜晚的观测，确认这颗星每天都在做微小的移动。根据观测的数据，他计算出这颗星的轨道近似椭圆形，到太阳的距离比土星的距离大一倍。此时他意识到这是一颗新的行星，更是一个重要的发现！
在当年的4月25日赫歇尔将天王星的发现发表了出来。过去人们都认为土星是太阳系的边界，赫歇尔的发现改变了人们对太阳系的看法，因而引起了轰动，为此赫歇尔一举成名。这年的11月，他被选为英国皇家学会会员，第二年被皇室任命为“皇家天文官”，从此全身心地投入了天文学。图3为发现天王星的望远镜，现今展放在英国巴斯的赫歇尔博物馆内。
图3
赫歇尔以研究恒星著称，最早引起他注意的是双星，他找到很多靠得比较近的双星。在这以前人们认为，这只不过是两颗恰好在同一条视线上的星而已，是赫歇尔首次否定了这个看法。多年观测的结果证实，双星之间没有视差位移，有的还在相互绕行。在他的一生中，一共发现了800多对双星，他首先提出“双星”的名字，并绘制成功第一部双星表，这套双星表一直沿用至今。赫歇尔还非常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，使它们成为观测天文距离的航标。
在观测恒星时赫歇尔发现，每当他把望远镜改良一次，所能看到的星就变得更多。1784年，赫歇尔决心数一数天上的星究竟有多少，同时研究这些究竟是怎么分布的。为此，他制定了一个宏伟的“巡天计划”，赫歇尔的巡天计划也把他的妹妹卡洛琳卷了进来。首先，他把天空分成几百个区域，然后数出每个区域中能看到多少星。结果发现，越靠近那条白色的光带——银河，恒星数的密度就越大，而恒星数比较多的区域形状就像是一个圆盘，由此，赫歇尔首次证实了银河系为扁平圆盘状的假说，并绘制出第一张银河系的截面图。他的这一发现，开创了日后银河系结构的系统研究。
从1781年，赫歇尔开始了对星云结构的观测。用肉眼看上去，星云只是一小片白茫茫的东西，当时认为这是宇宙中的一种“奇妙的发光流体”。然而赫歇尔却发现了星云内部有着恒星个体，其中最重要的一个成果就是半人马座ω星的发现。在他以前，人们已经看到了这个亮团，认为它只是一颗星。1830年，赫歇尔首先发现它有内部结构，认为这是一个最明亮也最美丽的球状星团，可惜它位于南天球上，地球上大部分的人看不到。赫歇尔的发现引起很多人的兴趣，后人继续观测发现，在它内部蕴含的恒星数量竟然有100万颗左右。赫歇尔还发现，有的星团中的恒星比较密集，有的则比较松散，他大胆地提出假设，认为星团的这种不同的结构形式不仅显示恒星间的引力作用，也表明星团也处于演化之中。这种思想正是天体演化论的雏形，其重要意义也是不可忽视的。图4为赫歇尔在1778年2月5日发现的螺旋星系NGC2683。
图4
赫歇尔的巡天计划成绩斐然。1786年，他将新发现的1000个星云和星团汇总成第一部表格，呈交给了英国皇家学会；1789年，赫歇尔又将第二批新发现的1000个星云星团制成第二部表格，呈交了上去；1802年，赫歇尔制成了他的第三部新发现的星云星团表。到此，赫歇尔圆满地完成了长达19年的星云巡天观测计划，经过近20年的艰辛探索，赫歇尔和妹妹卡洛琳共发现了3000多个星云和星团，而在这之前，世界上的所有天文学家所观察到的总和也不过150个。
赫歇尔对天文望远镜的贡献也是无与伦比的，在他的天文生涯中，一共亲手制作了400多台天文望远镜，成为天文学历史上制造望远镜最多的天文学家。从1773年亲手磨制第一片镜片起，一磨就磨了半个多世纪。这是一项既枯燥又繁重，更具智慧的体力活。把一块坚硬的铜盘磨成规定的抛物凹面形，表面的误差是头发丝的几分之一，一天需要干上十多个小时，由于中途不停歇，甚至吃饭都要由妹妹来喂他。一开始没有经验，他前后失败200多次，以致弟弟失去了耐心，伤心地离他而去。通过200多次的失败，他终于找到了一套磨制抛物面反射镜的技术。从那以后，他晚上巡天观测，白天磨制镜面，成为天文学史上最忙碌的天文学家。
1774年，赫歇尔终于尝到胜利的快乐，他制成了一架口径15厘米，长2.1米，放大倍数40左右的牛顿式望远镜，用它不仅发现了天王星，还第一次成功地看到了猎户座大星云，并清楚地辨识出土星的光环。
从1774年始，他陆续成功地磨制出15厘米、51厘米、122厘米的巨大反射望远镜镜面。当时的反射式望远镜多采用牛顿式，即主焦点在光轴上，再利用一个斜置的平面副镜将焦点折射到镜筒上端的一侧。为了减少折射光的损失，赫歇尔做了改进，他把主镜略微偏斜，星光直接经过主镜反射，焦点不汇聚在主光轴上，而是斜向镜筒的一侧，这样既省去了平面副镜，又提高了聚光的效率，后世称这种望远镜为赫歇尔式望远镜。图5是赫歇尔兄妹磨制镜片的画像。
图5
1787年，赫歇尔为了能使他的望远镜贯穿银河，伸向宇宙更遥远的背景，决心制造一架威力更大的望远镜。在英王乔治三世的大力支持下，通过3年的努力，在1789年赫歇尔51岁时，终于制成了称雄世界多年的最大望远镜。它的镜筒长12.2米，直径1.5米，需要3个人才能合围，竖起来有4层楼高，仅镜头就有2吨重！如图6所示。这尊“大炮”果然有着非常强大的探空能力，就在架起来的当夜，它就发现了土卫1号，两个月以后，又发现了土卫2号。但由于它的反射面是金属制成的，焦距长度是12米，启动非常不便，除了需要观测技巧，还需要极大毅力和耐力，使观测成了繁重的体力活。尽管如此，这台巨型望远镜仍不失为18世纪的天文学奇迹之一，成为英国天文界的骄傲，后来被绘制到了英国皇家天文学会的会徽之上。
图6
1822年赫歇尔与世长辞，享年84岁，84年恰好是他所发现的天王星公转一周的时间。他所长期居住的巴斯新国王街住所，后来成为威廉·赫歇尔博物馆。
1981年4月25日，为了纪念赫歇尔对天王星的划时代发现，英国举办了一场别开生面的“纪念赫歇尔音乐演奏会”，由伦敦“莫扎特演奏家乐团”演奏了赫歇尔所创作的6个曲目，所有与会者全是音乐家和天文学家，人间的音乐回荡着宇宙的天籁之音，天文学与音乐“联姻”，使星光的神秘与音乐的美妙亲密结合，激动着在场的每一个人，成为对赫歇尔最好的纪念。
关键词：恒星天文学，弗雷德里克·威廉·赫歇尔，天王星，stellar astronomy，Frederick William Herschel，Uranus
图1、图2、图3、图5：https://en.wikipedia.org/wiki/William_Herschel