1781 年3 月：赫歇爾發現天王星

1781 年3 月：赫歇爾發現天王星
高瞻計畫特約編譯蕭如珀、臺灣大學物理系楊信男 編譯/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

赫歇爾（Frederick William Herschel）誕生於一個平凡的德國音樂家庭，家中有三個兄弟姊妹，但他後來成為天文史上最有名的觀察家之一。赫歇爾因發現天王星而聞名於世，由於他有系統的星空觀測，使得他能將當時的星雲數目由大約 $$100$$ 個增至 $$2,500$$ 個，成為他最重要的成就之一。

夫德瑞克‧威廉‧赫歇爾

赫歇爾於 1738 年誕生在德國的漢諾威，曾短暫的在德國軍中服役。19 歲時，在父親的協助下逃往英國，先是擔任軍中的樂隊指揮，之後於 Bath 的 Octagon 教堂當風琴師及音樂教師。後來，他開始創作軍樂、交響樂和聖歌，無論在創作或演奏方面，都有一番成就；閒暇時，則致力於外國語文、哲學與數學的研究。

然而，正當赫歇爾在音樂領域上的表現日趨成熟之際，卻在讀過 Smith 的《光學的完整系統》(CompleatSystem of Opitcks) 和 Ferguson 的《天文學》(Astronomy)後，對天文學產生了狂熱的興趣。

他先租用一台小型的反射式望遠鏡來觀測天空，因為缺乏經費購買大型的望遠鏡，所以他決定藉著來英國投靠他的弟弟 Alexander，與妹妹 Caroline 的幫忙，自己製作望遠鏡。終於他製成了一台 $$48$$ 吋反射鏡的望遠鏡，是他所擁有最大的一台，但他大部分有紀錄的觀測都使用一台 $$20$$ 呎的反射式望遠鏡。在他所製作的大型反射式望遠鏡中，包括一台焦距 $$40$$ 呎的望遠鏡，都遠比他同時代的人所使用的望遠鏡要大很多。

赫歇爾設計儀器的技巧對他成為成功的天文學家助益很大。他的第一個主要發現是火星和木星都繞著自己的軸心自轉。1781 年 3 月 13 日，當他以一個 $$7$$ 吋的反射式望遠鏡掃描天空，試圖算出星體位置的視差時，他注意到一個不尋常的圓盤狀物體。起初他以為是一顆彗星，但在持續觀察數月，加以計算後，發現此物體的軌道在土星軌道外很遠處，而且相當的圓，因此認定它是一顆行星。天文界後來稱它為天王星，以希臘神話中的天神命名。天王星是近代第一個發現的行星，它的發現立即為赫歇爾帶來聲譽，英王喬治三世封他為勳爵士，聘為御用天文學家，年薪 $$200$$ 鎊，使他可以專心地傾全力於天文學的研究。

赫歇爾之後所做的觀測與發現不計其數，當 Caroline 漸漸將研究重心轉向彗星時，他則轉而觀察太陽黑子，證實了太陽的氣體本質，又發現了木星的兩個衛星和天王星的兩個衛星。不過，赫歇爾的研究工作主要集中在星球方面，特別是太陽系在太空中的運行，以及雙星繞著共同的重心運轉的證據。他還首度試著使用太陽附近的星球來計算太陽通過銀河系的運行，算出太陽並非宇宙的中心，此看法漸漸得到天文界的認同，在當時跨出很重要的一步。他也比 Laplace(譯者按：Pierre-Simon Laplace 1749-1827，法國的數學天文學家，著有《天體力學》與《宇宙系統論》)更早提出宇宙的演化理論，說明宇宙最先是處在一個均勻的狀態，再形成星球，而後集結成星雲。赫歇爾所發現的雙星有 $$1,000$$ 多個。

然而，赫歇爾最有雄心的研究是，使用他所謂的「星星標規」技術，即在他的望遠鏡所能觀測到的視野內數星星的數目，來勾勒銀河系的結構。他所使用的望遠鏡越來越大，效果也越來越好，使他能看出許多神秘的「星雲」其實就是模糊星球的集結體。因為他缺乏鎖星裝置之類的儀器來瞄準旋轉的天空，所以他做觀測時，都會站在梯子上，將望遠鏡瞄準子午線上的某個點，觀察一細小長片可見的天空中有什麼星球通過，然後將所見到的大聲描述出來，由妹妹 Caroline 做紀錄。隨著夜晚的流逝，他會改變望遠鏡的位置，來觀測另外一小長片天空，再另外一小長片…。

由於 Caroline 的幫忙，赫歇爾終於能於 $$20$$ 年間在英國觀測所有能見到的天空，並將所見到的模糊光帶有系統地整理出來，就是現在所知道的星雲。他於 1822 年逝世後，兒子 John 將其儀器搬運到南非，以觀察南方的天空。1864 年，John 出版《星雲目錄》（TheGeneral Catalogue of Nebulae）；1888 年，L. E. Dreyer 將其再版擴充成《新星雲目錄》（The New General Catalogue of Nebulae）。

直至今日，大多數的非星體物體仍會以目錄上的號碼來標示。赫歇爾從數星星下結論說，銀河系像個圓盤，有許多不規則處，太陽位近中心點。後來的研究當然證實了赫歇爾有關銀河系形狀的推論，但也發現了太陽並不是位居中心，整個太陽系也比赫歇爾所假想的要大很多。

譯者註：Caroline Lucretia Herschel，1750-1848，著名女性天文學家，除了協助哥哥威廉•赫歇爾從事星空觀測與計算外，並於1783 年自行觀測到 $$3$$ 個星雲，1786-1797 年間發現了 $$8$$ 顆彗星。她於 1828 年完成 $$2,500$$ 個星雲的目錄表而獲英國皇家天文協會頒發金質勳章；1835 年獲選為英國皇家協會的第一位女性榮譽會員；1846 年又榮獲普魯士王的科學金質勳章。她終身未婚，享年 $$98$$ 歲。在她過世後，後人感佩其研究精神與成就，於 1889 年將一顆小行星命名為“Lucretia”，以紀念這位傑出的女性天文學家。