威廉·赫歇尔。一位科学家的传记

赫歇尔·弗里德里希·威廉。一位科学家的传记

伟大科学家的传记

威廉·赫歇尔 （1738 1822）。

在 XNUMX 世纪和 XNUMX 世纪之交，天文学仅限于对太阳系的了解。关于恒星的性质、它们之间的距离以及它们在空间中的分布，我们还一无所知。在最强大的望远镜的帮助下，通过仔细观察来深入了解恒星宇宙结构秘密的第一次尝试与天文学家赫歇尔的名字有关。

弗里德里希·威廉·赫歇尔于 15 年 1738 月 1757 日出生于汉诺威，是汉诺威卫队艾萨克·赫歇尔和安娜·伊尔莎·莫里岑的双簧管演奏家。赫歇尔新教徒来自摩拉维亚，他们可能出于宗教原因离开了摩拉维亚。父母家的气氛可以称为知识分子。 “传记笔记”、威廉的日记和信件、他的妹妹卡罗琳的回忆录向我们介绍了赫歇尔的房子和感兴趣的世界，并展示了造就杰出观察者和研究人员的真正巨大的工作和奉献精神。他接受了广泛但不系统的教育。数学、天文学、哲学课程揭示了他精通科学的能力。但是，除此之外，威廉还具有出色的音乐才能，并在十四岁时以音乐家的身份加入了团乐队。 XNUMX 年，在服了四年兵役后，他前往英国，他的兄弟、汉诺威军团的乐队指挥雅科夫早些搬到了那里。

口袋里没有一分钱，威廉在英国改名为威廉，在伦敦开始抄笔记。 1766 年，他搬到巴斯，在那里他很快以表演者、指挥家和音乐老师的身份声名鹊起。但这样的生活并不能完全满足他。赫歇尔对自然科学和哲学的兴趣，不断的自我教育使他对天文学产生了热情。 “可惜音乐并不比科学难一百倍，我喜欢活动，我需要做点事情，”他写信给他的兄弟。

1773 年，赫歇尔获得了许多关于光学和天文学的著作。史密斯的完整光学系统和弗格森的天文学成为他的参考书。同年，他第一次用焦距约为75厘米的小型望远镜观察天空，但如此低倍率的观测并没有让研究人员满意。由于没有资金购买更快的望远镜，他决定自己制造。在购买了必要的工具和毛坯后，他为他的第一台望远镜独立铸造和抛光了一面镜子。克服了巨大困难后，赫歇尔在同一个 1773 中制造了焦距超过 1,5 m 的反射镜，因为停止研磨过程会降低镜子的质量。事实证明，这项工作不仅困难，而且危险，有一次熔炉在制造镜子的空白时发生了爆炸。

在这项艰巨的工作中，卡罗琳姐妹和亚历山大兄弟是威廉忠实而耐心的助手。勤奋和热情取得了优异的成绩。赫歇尔用铜和锡合金制成的镜子质量上乘，可以呈现完美的圆形星星图像。

正如美国著名天文学家 C. Whitney 所写，“从 1773 年到 1782 年，赫歇尔一家忙于从专业音乐家转变为专业天文学家。”

1775 年，赫歇尔开始了他的第一次“天空调查”。此时，他仍然继续以音乐家的身份谋生，但天文观测成为他真正的爱好。在音乐课之间，他为望远镜制作镜子，在晚上举办音乐会，并在晚上观察星星。为此，赫歇尔提出了一种独创的“星勺”新方法，即统计天空某些区域的恒星数量。

13 年 1781 月 3 日，赫歇尔在观察时注意到了一些不寻常的事情：“在晚上十点到十一点之间，当我研究双子座 η 附近的微弱恒星时，我注意到一颗看起来比其他的都大。对它的不寻常感到惊讶大小，我把她和 η 双子座以及御夫座和双子座之间正方形的一颗小星星比较，发现它比它们中的任何一个都要大得多。我怀疑它是一颗彗星。该物体有一个明显的圆盘并沿着黄道移动。在将“彗星”的发现告知其他天文学家后，赫歇尔继续观察它。几个月后，两位著名科学家——圣彼得堡科学院院士 A.I. Leksel 和巴黎科学院院士 P. Laplace——计算了一个开放天体的轨道，证明赫歇尔发现了一个位于土星之外的行星。这颗后来被命名为天王星的行星距离太阳近 60 亿公里，体积超过地球 XNUMX 倍。科学史上第一次发现了一颗新行星，因为此前已知的五颗行星已经在天空中观测了几个世纪。天王星的发现两次以上推动了太阳系的边界，并为它的发现者带来了荣耀。

Nine months after the discovery of Uranus, on December 7, 1781, Herschel was elected a member of the Royal Astronomical Society of London, he was awarded a doctorate from Oxford University and a gold medal from the Royal Society of London (in 1789, the圣彼得堡科学院选他为名誉会员）。

天王星的发现决定了赫歇尔的职业生涯。乔治三世国王本人是一名业余天文学家，也是汉诺威人的赞助人，他于 1782 年任命他为“皇家天文学家”，年薪 200 英镑。国王还为他提供了资金，用于在温莎附近的斯洛文建立一个单独的天文台。在这里，赫歇尔以年轻的热情和不同寻常的坚持开始了天文观测。根据传记作者阿拉戈的说法，他离开天文台只是为了向皇家社会展示他的警惕工作的结果。

赫歇尔继续专注于改进望远镜。他将之前一直使用的第二个小镜子彻底抛弃，从而显着提高了图像的亮度。 Herschel 逐渐增加了镜子的直径。它的顶峰是当时建造于 1789 年的巨型望远镜，管长 12 m，镜子直径 122 cm。这台望远镜一直无人能及，直到 1845 年爱尔兰天文学家 W. Parsons 建造了更大的望远镜——近 18 米长镜面直径 183 厘米。

使用最新的望远镜，赫歇尔发现了天王星的两颗卫星和土星的两颗卫星。因此，太阳系中几个天体的发现与赫歇尔的名字有关。但这并不是他非凡活动的主要意义。

在赫歇尔之前，已知有几十颗双星。但是这样的恒星对被认为是它们的组成恒星的随机相遇，并且没有假设双星在宇宙中广泛存在。多年来，赫歇尔仔细探索了天空的不同部分，发现了 400 多颗双星。他研究了组件之间的距离（以角度测量）、它们的颜色和明显的亮度。在某些情况下，以前被认为是双星的恒星变成了三重和四重（多星）。赫歇尔得出的结论是，双星和多星是物理上相互连接的恒星系统，正如他所相信的那样，根据万有引力定律，它们围绕一个共同的重心旋转。赫歇尔是科学史上第一位系统研究双星的天文学家。自古以来，人们就知道猎户座的明亮星云，以及肉眼可见的仙女座星云。但直到 XNUMX 世纪，随着望远镜的改进，才发现了许多星云。康德和兰伯特认为，星云是整个恒星系统，其他银河系，但在无法区分单个恒星的巨大距离上是遥远的。

赫歇尔在发现和研究新星云方面做得很好。为此，他使用了望远镜不断增加的功率。可以说，他根据他的观测编制的目录（第一份目录出现于 1786 年）包括大约 2500 个星云。然而，赫歇尔的任务不仅仅是寻找星云，而是揭示它们的性质。在他强大的望远镜中，许多星云被清楚地划分为单独的恒星，因此变成了远离太阳系的星团。在某些情况下，星云原来是一颗被星云环包围的恒星。但即使借助最强大的 122 厘米望远镜，其他星云也没有分离成恒星。

起初，赫歇尔得出的结论是，几乎所有星云实际上都是恒星的集合，未来最遥远的星云也将分解成恒星——当用更强大的望远镜观察时。同时，他也承认，其中一些星云不是银河系内的星团，而是独立的恒星系统。进一步的研究迫使赫歇尔深化和完善他的观点。事实证明，星云世界比以前预期的更加复杂和多样化。

继续不知疲倦地观察和反思，赫歇尔认识到许多观察到的星云根本无法分解成恒星，因为它们由比恒星更稀薄的物质（赫歇尔认为的“发光液体”）组成。

因此，赫歇尔得出结论，像恒星一样的星状物质在宇宙中广泛存在。自然地，关于这种物质在宇宙中的作用的问题出现了，关于它是否是恒星产生的材料。早在 1755 年，I. Kant 就提出了一个关于由最初存在的分散物质形成整个恒星系统的假设。赫歇尔大胆地提出，不同类型的不可分解星云代表了恒星形成的不同阶段。通过压实星云，由星云逐渐形成一个完整的星团或一颗星，而星云在其存在之初仍被星云状的外壳所包围。如果康德认为银河系的所有恒星都曾经同时形成，那么赫歇尔首先提出恒星有不同的年龄，恒星的形成是不断的；它正在我们这个时代发生。

赫歇尔的这个想法后来被遗忘了，关于遥远过去所有恒星同时起源的错误观点长期主导着科学。仅在 XNUMX 世纪下半叶，基于天文学的巨大成功，特别是苏联科学家的工作，恒星时代的差异才得以确立。已经研究了整类恒星，它们无疑存在了几百万年，而其他恒星的年龄则由数十亿年决定。赫歇尔关于星云性质的观点已被现代科学普遍证实，它已经确定气体和尘埃星云在我们和其他星系中普遍存在。这些星云的性质比赫歇尔想象的还要复杂。

与此同时，即使在他生命的尽头，赫歇尔也坚信某些星云是遥远的恒星系统，最终会分解成独立的恒星。在这一点上，他和康德和兰伯特一样，证明是对的。

如前所述，在 1783 世纪，许多恒星的自行被发现。 XNUMX 年，赫歇尔通过计算成功地令人信服地证明，我们的太阳系也在向大力神星座移动。

但是赫歇尔认为他的主要任务是阐明银河系或我们银河系的结构、形状和大小。他这样做了几十年。那时，他没有关于恒星之间的距离，或者关于它们在太空中的位置，或者关于它们的大小和光度的数据。在没有这些数据的情况下，赫歇尔假设所有的恒星都具有相同的光度并且在空间中分布均匀，因此它们之间的距离或多或少相同，并且太阳位于系统中心附近。同时，赫歇尔不知道世界空间中的光吸收现象，此外，他认为即使是银河系最遥远的恒星也可以用他的巨型望远镜观测到。用这台望远镜，他计算了天空不同部分的星星，并试图确定我们的恒星系统在一个方向或另一个方向上延伸了多远。

但赫歇尔最初的假设是错误的。现在已知恒星在光度上彼此不同，并且它们在银河系中分布不均。这个星系是如此之大，以至于赫歇尔的巨型望远镜也无法到达它的边界。因此，他无法对银河系的形状和太阳在其中的位置得出正确的结论，并且大大低估了它的大小。

赫歇尔还处理了天文学的其他问题。顺便说一句，他解开了太阳辐射的复杂性质，并得出结论，它包括光、热和化学射线（眼睛无法感知的辐射）。换句话说，赫歇尔预计会发现超出正常太阳光谱的射线——红外线和紫外线。

赫歇尔开始了他的科学生涯，作为一个谦虚的业余爱好者，他有机会只将空闲时间用于天文学。教音乐一直是他的生计来源。直到晚年，他才获得从事科学的物质机会。

他结合了一个真正的科学家和一个了不起的人的特征。赫歇尔是一位熟练的观察者，一位精力充沛的研究人员，一位深刻而有目的的思想家。在他成名的顶峰时期，他仍然是一个迷人、善良、朴实的人，具有深沉高贵的性格特征。

赫歇尔设法将他对天文学的热情传达给他的家人和朋友。如前所述，他的妹妹卡罗琳娜在科学工作上帮助了他很多。在她哥哥的指导下学习数学和天文学后，卡罗琳娜独立处理了他的观察，准备了赫歇尔的星云和星团目录以供出版。卡罗来纳州投入大量时间进行观测，发现了 8 颗新彗星和 14 个星云。她是第一位被平等接纳为英国和欧洲天文学家队列的女性研究员，这些天文学家选举她为伦敦皇家天文学会和爱尔兰皇家学院的荣誉会员。

1788 年，赫歇尔与英国女子玛丽·皮特结婚。他们的儿子约翰于 1792 年出生在斯劳，在孩提时代就表现出非凡的能力。他成为 XNUMX 世纪最著名的英国天文学家和物理学家之一。他的畅销书《天文学论文集》被翻译成俄文，在俄罗斯传播天文学知识方面发挥了重要作用。

威廉·赫歇尔于 25 年 1822 月 XNUMX 日去世，葬于温莎附近的一座小教堂。

作者：萨明 D.K.

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