「外国名人故事:天文学家篇」赫歇耳

赫歇耳简介:

威廉·赫歇耳于1738年11月15日出生在德国汉诺威城。他的贡献几乎涉及到天文学的所有领域。在太阳系中,除了天王星外,他还发现了4颗卫星:天卫三、木卫四、土卫一和土卫二。

「外国名人故事:天文学家篇」赫歇耳插图

威廉·赫歇耳的父亲是一位穷苦的乐师,在父亲的熏陶下,赫歇耳从小就表现出很好的音乐才能,以后还在吹奏乐方面有很高的造诣,15岁参军并当了军乐队小提琴手。18岁那年,因战争流亡到英国,孤独一人远离家乡,全靠以音乐谋生,收入十分微薄,只能勉强糊口度日。

赫歇耳从小就酷爱读书,他虽然是一位宫廷里的双簧管吹奏者,但仍然抓紧业余时间如饥似渴地读书,从不荒废点滴时间。他读的书很多,尤其喜爱数学、物理学和天文学。渐渐地对天文学抱有特殊的兴趣,不久便成为一名天文爱好者。赫歇耳正式成为一名业余天文工作者时,他已35岁了,各方面都已比较成熟。他深知天文学是一门观测的科学,因此,所制定的业余天文工作的第一步计划,便是自己动手,磨制天文望远镜。

1755年,赫歇耳离开军队偷渡到英国,从1771年起,成为天文爱好者。他与妹妹卡罗琳一起动手磨制镜面,经过多次失败,于1744年安装了一架口径15厘米,长2.1米、放大40倍左右的牛顿式反射望远镜,并开始观测星空,撰写论。他对恒星在天空的分布情况特别感兴趣,并认为确认恒星分布的唯一方法是要进行长期连续观察。

1871年3月13日晚,赫歇耳在巡视天空,计数某一选定天区的恒星并记录它们分布情况时,在双子座中发现一颗他当时认为是彗星的天体,经过他和其他学者的进一步研究,他确定他发现了太阳系的一颗新行星,这就是天王星。这个发现轰动了世界,使赫歇耳一举成名,1781年,他当选为皇家学会会员,荣获科扑列勋章,并被聘为宫廷天文学家。1787年,他试制了一架焦距6.09米,口径51厘米的望远镜,发现了天王星的两颗卫星天卫三和天卫四,紧接着,他开始制作更大的望远镜,并在1789年制造成功,立刻发现了土卫一和土卫二。

为了事业,尤其是制造望远镜所需的巨大支出,他到50岁时才娶了一位非常富有又全力支持他工作的寡妇玛丽为妻,所以他的独子约翰出世时,他已是54岁的老人了。1821年英国皇家天文学会成立时,他众望所归地成为首任会长,后来还被册封为爵士,1822年他与世长辞。有趣的是,他84岁的寿命恰恰正好就是他所发现的天王星绕太阳公转一周的时间。

赫歇耳一生的最大愿望是搞清楚“宇宙的构造”。为此,他花了大量的时间观测、计数天上的恒星,他把天空分为683个区域,用望远镜巡查,一颗一颗数出各个方位上能看到的恒星,共计数了117600颗恒星,绘制出一个整体图象,这是第一副银河系结构图。1782年,他编制了第一份双星星表,先后发表了694对双星,其中有511个是他本人发现的。1783年,他又发现太阳系向武仙座的本动,并计算出了相当精确的太阳本动向点。1800年,他仿照牛顿分解太阳光的方法,用温度计去测量太阳光谱的各个部分,结果,他发现,温度计置于光谱红外端以外时,温度计仍在上升,于是他发现了红外线和太阳红外辐射。

赫歇耳观测天象50多年,他最先算出太阳以每秒17.5千米的速度运行。他还因发现太阳红外线,开创了天文学的一个分支——彩色光度学。他研究了双星,聚星和星团,推导出牛顿万有引力定律同样适用银河系的结论,他还指出恒星间的年龄是不同的。这个观点直到1950年才被确证。威廉·赫歇耳于1822年去世。作为家境宽裕,出身音乐世家的国际名人,他的死比伽利略,开普勒排场得多。

赫歇耳的贡献几乎涉及到天文学的所有领域。通过数十年如一日1083次单调枯燥的恒星计数工作,他从60万颗恒星的测量证明了银河系的存在,并探知了它的形状、结构与大小,尽管限于当时的条件,他的一些结论并不完全正确,但无疑他是真正的“恒星天文学之父”,是开创银河系研究的先行者。他所记录下来的星团与星云多达2500个,并发现了一种新的天体——行星状星云。通过对恒星运动的研究,他指出太阳在银河系中也在运动着,即太阳率领着它的“子孙”,以每秒几十千米的巨大速度向着武仙座与天琴座毗邻的方向疾驰而去。

赫歇耳对望远镜的贡献更是无与伦比的,他是制造望远镜最多的天文学家。从1773年起,他亲自动手磨制镜头就磨了半个世纪。这是一项极为枯燥又繁重的体力加智慧的工作,要把一块坚硬的铜盘磨成规定的极其光洁的凹面形,表面误差比头发丝还要细许多倍,中途还不能停顿,其难度可想而知。所以有时他要连续干上10多个小时,吃饭时只能由他的妹妹来喂他,而且开始时他连连失败了200多次,以至他的一个弟弟终于失去了耐心,颓伤地离他而去,直到1774年他才尝到了胜利的欢乐,制成了一架口径15厘米、长2.1米的反射望远镜,天王星正是它的突出成果。

在英王乔治三世的大力支持下,通过3年多的不懈努力,他终于在1789年51岁时,制造出了称雄世界多年的最大望远镜,它的镜筒直径达1.5米,差不多要3个人才能合围,镜筒长12.2米,竖起来有4层楼高,光是镜头就重2吨!这架像巨型大炮似的望远镜在使用的第一夜,就发现了土星的第一颗卫星土卫二,2个月后又发现了土卫一。

赫歇耳一家可称为天文世家,他的妹妹卡罗琳·赫歇耳也是一位了不起的女性,与哥哥朝夕相处50年,赫歇耳的许多发现中也有她的一份功劳,她独自也有不少成就:发现了14个星云与8颗彗星,对星表做了修订,补充了561颗星。她直到1848年98岁时才去世。

​赫歇耳的独子约翰·赫歇耳也是将门虎子,后来还是英国皇家天文学会的创始人之一,他发现的双星多达3347对,发现了525个星团星云,记下了南天的68948颗恒星,1849年撰写的《天文学纲要》是对当时天文学的最好总结,对全世界都有深远的影响。

威廉·赫歇耳在1781年4月26日向英国皇家学会提交了一篇名叫《一颗彗星的报告》的论文,阐明了他发现的这颗新星的位置和特点,并希望各国天文学家对它进行观测。赫歇耳的报告,引起了天文学界的极大震动,许多天文学家纷纷将天文望远镜对准这颗“不平凡”的“彗星”,进行跟踪观测。

可是,根据“彗星”运行轨道的计算结果表明,它不像其他彗星那样走着一条拉长了的道路而是十分近似其他行星所走的圆形轨道。“这难道是一颗新行星吗?”人们经过很长一段时间的怀疑,最终才不得不承认它的确是太阳系里的第七颗行星。

当时,赫歇耳以英国国王乔治三世的名字,给这颗新行星命名为“乔治星”。但是,忠于神话传统的英国人,把这颗太阳系的新成员,用希腊神话中的天神“伏拉纳斯”的名字来命名它,翻译成中文就叫“天王星”。

天王星的发现,突破了千百年来的传统观念,第一次扩大了太阳系疆界的范围,这无疑是人们在探索宇宙的道路上,迈出的十分了不起的一步,它对于进一步认识太阳系起着意义重大的解放思想的作用。天王星的发现,犹如在平静的池塘中投了一块石子,人们相继又发现了第八颗行星海王星、第九颗行星冥王星,乃至今天人们仍在努力寻找着第十颗行星。

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