Фредерик Уильям Гершель [2] [3] KH , FRS ( / ˈh ɜːr ʃ əl / HUR -shəl ; [4] нем. : Friedrich Wilhelm Herschel [ˈfʁiːdʁɪç ˈvɪlhɛlm ˈhɛʁʃl̩] ; 15 ноября 1738 — 25 августа 1822) был немецко-британским [5] астрономом и композитором . Он часто сотрудничал со своей младшей сестрой и коллегой-астрономом Каролиной Гершель . Родившийся в курфюршестве Ганновер , Уильям Гершель последовал за своим отцом в военный оркестр Ганновера, прежде чем эмигрировать в Великобританию в 1757 году в возрасте девятнадцати лет.
Гершель построил свой первый большой телескоп в 1774 году, после чего провел девять лет, проводя обзоры неба для изучения двойных звезд. Гершель опубликовал каталоги туманностей в 1802 году (2500 объектов) и в 1820 году (5000 объектов). Разрешающая способность телескопов Гершеля показала, что многие объекты, называемые туманностями в каталоге Мессье, на самом деле были скоплениями звезд. 13 марта 1781 года, проводя наблюдения, он заметил новый объект в созвездии Близнецов. После нескольких недель проверки и консультаций с другими астрономами было подтверждено, что это новая планета, в конечном итоге получившая название Уран . Это была первая планета, открытая со времен античности, и Гершель в одночасье стал знаменитым. В результате этого открытия Георг III назначил его придворным астрономом. Он был избран членом Королевского общества , и были предоставлены гранты на строительство новых телескопов.
Гершель был пионером в использовании астрономической спектрофотометрии , используя призмы и оборудование для измерения температуры для измерения распределения длин волн в спектрах звезд. В ходе этих исследований Гершель открыл инфракрасное излучение . [6] Другие работы включали улучшенное определение периода вращения Марса , [7] открытие того, что марсианские полярные шапки меняются в зависимости от сезона, открытие Титании и Оберона (спутников Урана), а также Энцелада и Мимаса (спутников Сатурна ). Гершель был сделан рыцарем Королевского гвельфийского ордена в 1816 году. Он был первым президентом Королевского астрономического общества, когда оно было основано в 1820 году. Он умер в августе 1822 года, и его работу продолжил его единственный сын, Джон Гершель .
Гершель родился в курфюршестве Ганновер в Германии, тогда входившем в состав Священной Римской империи , и был одним из десяти детей Исаака Гершеля и его жены Анны Ильзы Моритцен немецкого лютеранского происхождения. Его предки были родом из Пирны в Саксонии . Теории о том, что они были протестантами из Богемии, были подвергнуты сомнению Хамелем, поскольку фамилия Гершель уже встречалась столетием ранее в том же районе, где жила семья.
Отец Гершеля был гобоистом в Ганноверском военном оркестре. В 1755 году полк Ганноверской гвардии, в оркестре которого Вильгельм и его брат Якоб были гобоистами, был направлен в Англию. В то время короны Великобритании и Ганновера были объединены под властью короля Георга II . Поскольку нависла угроза войны с Францией, Ганноверская гвардия была отозвана из Англии для защиты Ганновера.
После поражения в битве при Хастенбеке отец Гершеля Исаак отправил своих двух сыновей искать убежища в Англию в конце 1757 года. Хотя его старший брат Якоб получил увольнение из Ганноверской гвардии, Вильгельм был обвинён в дезертирстве [8] (за что он был помилован Георгом III в 1782 году). [9]
Вильгельм, которому в то время было девятнадцать лет, быстро учил английский язык. В Англии он был известен под английским вариантом своего имени — Фредерик Уильям Гершель.
Помимо гобоя, он играл на скрипке и клавесине , а позже на органе . [10] Он сочинил множество музыкальных произведений, в том числе 24 симфонии и множество концертов, а также некоторые церковные произведения. [11]
Шесть его симфоний были записаны в апреле 2002 года группой London Mozart Players под управлением Маттиаса Бамерта (Chandos 10048). [12]
Он был главой оркестра Даремской милиции с 1760 по 1761 год. [13] Гершель переехал в Сандерленд в 1761 году; Чарльз Ависон нанял его в качестве первой скрипки и солиста для своего оркестра Ньюкасла, где он играл в течение одного сезона. В «Сандерленде в графстве Дар: апрель [ так в оригинале ] 20-е 1761 года» он написал свою Симфонию № 8 до минор. Он посетил дом сэра Ральфа Милбэнка в Холнеби-холле недалеко от Дарлингтона в 1760 году, [14] : 14 , где он написал две симфонии, а также сам давал выступления. После Ньюкасла он переехал в Лидс и Галифакс , где он был первым органистом в церкви Святого Иоанна Крестителя (ныне Галифаксский собор ). [15] : 411
В 1766 году Гершель стал органистом Октагонской капеллы в Бате , модной часовне в известном курортном городе, где он также был директором публичных концертов. [16] Он был назначен органистом в 1766 году и дал свой вступительный концерт 1 января 1767 года. Поскольку орган был еще не достроен, он продемонстрировал свою универсальность, исполнив собственные композиции, включая скрипичный концерт , концерт для гобоя и сонату для клавесина . [17]
4 октября 1767 года он играл на органе на официальном открытии часовни Октагон. [18]
Его сестра Каролина прибыла в Англию 24 августа 1772 года, чтобы жить с Уильямом на Нью-Кинг-стрит в Бате. [2] : 1–25 В доме, который они делили, сейчас находится Музей астрономии Гершеля . [19] Братья Гершеля Дитрих (1755–1827), Александр (1745–1821) и Якоб (1734–1792) также выступали в качестве музыкантов Бата. [20] В 1780 году Гершель был назначен директором оркестра Бата, а его сестра часто выступала в качестве солистки-сопрано. [21] [22]
Чтение Гершелем естественной философии в 1770-х годах не только указывает на его личные интересы, но и предполагает намерение быть восходящим мобильным, как в социальном, так и в профессиональном плане. Он был хорошо подготовлен к общению с «философскими джентльменами» восемнадцатого века или филоматами , с широким спектром логических и практических вкусов. [22] Интеллектуальное любопытство Гершеля и его интерес к музыке в конечном итоге привели его к астрономии. Прочитав « Гармоники, или Философия музыкальных звуков» Роберта Смита ( 1749), он взялся за «Полную систему оптики» Смита (1738), в которой описывались методы построения телескопа. [23] Он также прочитал « Астрономию, объясненную на основе принципов сэра Исаака Ньютона и доступную для тех, кто не изучал математику» Джеймса Фергюсона (1756), а также « Элементы тригонометрии» (1749), «Элементы оптики» (1768) и « Принципы механики» (1754) Уильяма Эмерсона . [22]
Гершель брал уроки у местного мастера по изготовлению зеркал и, получив как инструменты, так и определенный уровень знаний, начал строить свои собственные рефлекторные телескопы . Он проводил до 16 часов в день, шлифуя и полируя металлические главные зеркала зеркал . Он полагался на помощь других членов семьи, особенно своей сестры Каролины и брата Александра, опытного механика. [22]
Он «начал смотреть на планеты и звезды» [24] в мае 1773 года, а 1 марта 1774 года начал вести астрономический журнал, записывая свои наблюдения колец Сатурна и Большой туманности Ориона (M42). [22] Английский астроном Невил Маскелин посетил Гершелей, когда они были в Уолкоте (который они покинули 29 сентября 1777 года). [25] К 1779 году Гершель также познакомился с сэром Уильямом Уотсоном , который пригласил его присоединиться к Философскому обществу Бата. [22] Гершель стал его активным членом, и через Уотсона значительно расширил свой круг контактов. [23] [26] Несколько лет спустя, в 1785 году, Гершель был избран международным членом Американского философского общества в Филадельфии. [27]
Ранние наблюдательные работы Гершеля вскоре сосредоточились на поиске пар звезд, которые визуально были очень близки друг к другу. Астрономы той эпохи ожидали, что изменения с течением времени в видимом разделении и относительном расположении этих звезд предоставят доказательства как собственного движения звезд, так и, посредством параллаксных сдвигов в их разделении, расстояния звезд от Земли. Последний метод был впервые предложен Галилео Галилеем . [28] В саду за домом на Нью-Кинг-стрит в Бате, используя ньютоновский телескоп с апертурой 6,2 дюйма (160 мм) и фокусным расстоянием 7 футов (2,1 м) (f/13) «с самым совершенным зеркалом » собственного изготовления [29] в октябре 1779 года Гершель начал систематический поиск таких звезд среди «каждой звезды на небесах» [28] : 5 с новыми открытиями, перечисленными до 1792 года. Вскоре он открыл гораздо больше двойных и кратных звезд , чем ожидалось, и собрал их с тщательными измерениями их относительных положений в двух каталогах, представленных Королевскому обществу в Лондоне в 1782 году (269 двойных или кратных систем) [30] и 1784 году (434 системы). [31] Третий каталог открытий, сделанных после 1783 года, был опубликован в 1821 году (145 систем). [32] [33]
Преподобный Джон Мичелл из Торнхилла опубликовал работу в 1767 году о распределении двойных звезд, [34] а в 1783 году о «темных звездах», которые могли повлиять на Гершеля. [35] После смерти Мичелла в 1793 году Гершель купил десятифутовый 30-дюймовый рефлекторный телескоп из поместья Мичелла . [36]
В 1797 году Гершель снова измерил многие из систем и обнаружил изменения в их относительном положении, которые нельзя было приписать параллаксу, вызванному орбитой Земли. Он ждал до 1802 года (в Catalogue of 500 new Nebulae, nebulous Stars, planetary Nebulae, and Clusters of Stars; with Remarks on the Construction of the Heavens ), чтобы объявить о гипотезе, что две звезды были «двойными сидерическими системами», вращающимися под действием взаимного гравитационного притяжения , гипотезу, которую он подтвердил в 1803 году в своем Account of the Changes that have happened, during the last Twenty-five Years, in the relation Situation of Double-stars; with an Investigation of the Cause to which they are doling . [28] : 8–9 Всего Гершель открыл более 800 подтвержденных [37] двойных или кратных звездных систем, почти все из которых были физическими, а не оптическими парами. Его теоретические и наблюдательные работы заложили основу современной астрономии двойных звезд; [18] : 74 новых каталога, дополняющих его работу, были опубликованы только после 1820 года Фридрихом Вильгельмом Струве , Джеймсом Саутом и Джоном Гершелем . [38] [39]
В марте 1781 года во время поиска двойных звезд Гершель заметил объект, похожий на диск. Первоначально Гершель думал, что это комета или звездный диск, который, как он считал, он мог бы действительно разрешить. [40] Он сообщил об этом наблюдении Невилу Маскелайну , Королевскому астроному . [41] Он провел еще много наблюдений, и впоследствии русский академик Андерс Лекселл вычислил орбиту и обнаружил, что она, вероятно, планетарная. [42] [43]
Гершель согласился, определив, что это должна быть планета за орбитой Сатурна. [44] Он назвал новую планету «Георгианской звездой» (Georgium sidus) в честь короля Георга III , что также принесло ему благосклонность; название не прижилось. [45] Во Франции, где по возможности следовало избегать ссылок на британского короля, планета была известна как «Гершель», пока название «Уран» не было принято повсеместно. [46] В том же году Гершель был награжден медалью Копли и избран членом Королевского общества . [43] В 1782 году он был назначен «Королевским астрономом» (не путать с Королевским астрономом ). [47]
1 августа 1782 года Гершель и его сестра Каролина переехали в Дэтчет (тогда в Бакингемшире, а теперь в Беркшире ). Там он продолжил свою работу в качестве астронома и изготовителя телескопов. [48] Он добился международной известности благодаря своему производству, выгодно продав более 60 готовых рефлекторов британским и континентальным астрономам. [49]
С 1782 по 1802 год, и наиболее интенсивно с 1783 по 1790 год, Гершель проводил систематические исследования в поисках «глубокого неба» или незвездных объектов с двумя телескопами с фокусным расстоянием 20 футов (610 см), апертурой 12 и 18,7 дюймов (30 и 47 см) (в сочетании с его любимым инструментом с апертурой 6 дюймов). Исключая дублированные и «потерянные» записи, Гершель в конечном итоге открыл более 2400 объектов, определенных им как туманности . [15] (В то время туманность была общим термином для любого визуально рассеянного астрономического объекта, включая галактики за пределами Млечного Пути , пока в 1924 году Эдвин Хаббл не подтвердил, что галактики являются внегалактическими системами. [50] )
Гершель опубликовал свои открытия в трех каталогах: «Каталог тысячи новых туманностей и скоплений звезд» (1786), «Каталог второй тысячи новых туманностей и скоплений звезд» (1789) и ранее цитируемый «Каталог 500 новых туманностей ...» (1802). Он распределил свои открытия по восьми «классам»: (I) яркие туманности, (II) слабые туманности, (III) очень слабые туманности, (IV) планетарные туманности, (V) очень большие туманности, (VI) очень сжатые и богатые скопления звезд, (VII) сжатые скопления малых и больших [слабых и ярких] звезд и (VIII) грубо рассеянные скопления звезд. Открытия Гершеля были дополнены открытиями Каролины Гершель (11 объектов) и его сына Джона Гершеля (1754 объекта) и опубликованы им как Общий каталог туманностей и скоплений в 1864 году. Этот каталог был позже отредактирован Джоном Дрейером , дополнен открытиями многих других астрономов 19-го века и опубликован в 1888 году как Новый общий каталог (сокращенно NGC) из 7840 объектов дальнего космоса. Нумерация NGC до сих пор является наиболее часто используемой идентификационной меткой для этих небесных достопримечательностей. [15] : 418
Открытия Гершеля, позднее включенные в Новый общий каталог, включают NGC 12 , NGC 13 , NGC 14 , NGC 16 , NGC 23 , NGC 24 , NGC 1357 и NGC 7457 .
После смерти отца Уильям предложил Кэролайн присоединиться к нему в Бате, Англия. В 1772 году Кэролайн впервые познакомилась с астрономией благодаря своему брату. [45] [51] [52]
Кэролайн тратила много часов на полировку зеркал высокопроизводительных телескопов, чтобы максимально увеличить количество улавливаемого света. Она также копировала астрономические каталоги и другие публикации для Уильяма. После того, как Уильям принял должность королевского астронома у Георга III, Кэролайн стала его постоянной помощницей. [53]
В октябре 1783 года для Уильяма был введен в эксплуатацию новый 20-футовый телескоп. В это время Уильям пытался наблюдать, а затем записывать все наблюдения. Ему приходилось бежать внутрь и давать глазам привыкнуть к искусственному свету, прежде чем он мог что-либо записать, а затем ему приходилось ждать, пока глаза привыкнут к темноте, прежде чем он мог снова наблюдать. Каролина стала его регистратором, сидя за столом возле открытого окна. Уильям выкрикивал свои наблюдения, а она записывала их вместе с любой необходимой ему информацией из справочника. [54]
Каролина начала делать астрономические открытия самостоятельно, в частности кометы . В 1783 году Уильям построил для нее небольшой ньютоновский рефлекторный телескоп с ручкой для вертикального обзора неба. Между 1783 и 1787 годами она сделала независимое открытие M110 (NGC 205), которая является вторым спутником галактики Андромеды . В течение 1786–1797 годов она открыла или наблюдала восемь комет. [55] Она обнаружила четырнадцать новых туманностей [56] и, по предложению своего брата, обновила и исправила работу Флемстида, детализирующую положение звезд. [57] [58] Она также повторно открыла комету Энке в 1795 году. [55]
Восемь комет Каролины Гершель были опубликованы в период с 28 августа 1782 года по 5 февраля 1787 года. Пять из ее комет были опубликованы в Philosophical Transactions of the Royal Society . Уильяма даже вызвали в Виндзорский замок, чтобы продемонстрировать комету Каролины королевской семье. Уильям сам записал это явление, назвав его «Комета моей сестры». Она написала письма Королевскому астроному, чтобы объявить об открытии своей второй кометы, и написала Джозефу Бэнксу об открытии своей третьей и четвертой комет. [52]
Каталог звезд, составленный на основе наблюдений мистера Флемстида, содержал индекс более 560 звезд, которые ранее не были включены. [56] [58] За эту работу Каролина Гершель была отмечена Королевским астрономическим обществом в 1828 году. [59]
Каролина также продолжала служить в качестве помощницы Уильяма Гершеля, часто делая заметки, пока он наблюдал за телескопом. [60] За свою работу в качестве помощницы Уильяма Георг III назначил ей годовую зарплату в размере 50 фунтов стерлингов. Ее назначение сделало ее первой женщиной в Англии, удостоенной правительственной должности. [61] Это также сделало ее первой женщиной, получившей зарплату как астроном. [62]
В июне 1785 года из-за сырости Уильям и Кэролайн переехали в Клей-холл в Старом Виндзоре . 3 апреля 1786 года Гершели переехали в новую резиденцию на Виндзор-роуд в Слау . [48] Гершель прожил остаток своей жизни в этой резиденции, которая стала известна как Дом обсерватории . [63] Она была снесена в 1963 году . [64]
Брак Уильяма Гершеля в 1788 году вызвал большую напряженность в отношениях брата и сестры. Каролину описывали как озлобленную, ревнивую женщину, которая боготворила своего брата и негодовала на свою невестку за вторжение в ее домашнюю жизнь. С прибытием Мэри Каролина потеряла свои управленческие и социальные обязанности в домашнем хозяйстве, а вместе с ними и большую часть своего статуса. Каролина уничтожила свои журналы между 1788 и 1798 годами, поэтому ее чувства в этот период не полностью известны. Согласно ее мемуарам, Каролина затем переехала в отдельную квартиру, но продолжала работать помощницей своего брата. Когда ее брат и его семья были вдали от дома, она часто возвращалась, чтобы заботиться о нем для них. В более поздней жизни Каролина и леди Гершел обменивались нежными письмами. [52]
Каролина продолжила свою астрономическую работу после смерти Уильяма в 1822 году. Она работала над проверкой и подтверждением его открытий, а также над составлением каталогов туманностей. К концу своей жизни она разместила две с половиной тысячи туманностей и звездных скоплений в зонах с аналогичными полярными расстояниями. Она сделала это для того, чтобы ее племянник Джон мог повторно систематически их исследовать. В конце концов, этот список был расширен и переименован в Новый общий каталог . [65] В 1828 году она была награждена Золотой медалью Королевского астрономического общества за свою работу. [66]
Наиболее распространенным типом телескопа в то время был рефракторный телескоп , который включал преломление света через трубку с помощью выпуклой стеклянной линзы . Эта конструкция была подвержена хроматической аберрации , искажению изображения из-за невозможности схождения света с различными длинами волн компонентов. Оптик Джон Доллонд (1706–1761) пытался исправить это искажение, объединив две отдельные линзы, но все еще было трудно достичь хорошего разрешения для далеких источников света. [45]
Рефлекторные телескопы , изобретенные Исааком Ньютоном в 1668 году, использовали одно вогнутое зеркало вместо выпуклой линзы. Это позволяет избежать хроматической аберрации. Вогнутое зеркало собирало больше света, чем линза, отражая его на плоское зеркало в конце телескопа для просмотра. Меньшее зеркало могло обеспечить большее увеличение и большее поле зрения, чем выпуклая линза. Первое зеркало Ньютона имело диаметр 1,3 дюйма; такие зеркала редко были больше 3 дюймов в диаметре. [45]
Из-за плохой отражательной способности зеркал, сделанных из зеркального металла , Гершель исключил из своей конструкции маленькое диагональное зеркало стандартного ньютоновского рефлектора и наклонил свое главное зеркало так, чтобы он мог видеть сформированное изображение напрямую. Эта конструкция «вида спереди» стала называться телескопом Гершеля . [67] [68] : 7
Создание более крупных, симметричных зеркал было чрезвычайно сложным. Любой изъян приводил к размытому изображению. Поскольку никто другой не делал зеркала нужного Гершелю размера и увеличения, он решил сделать свое собственное. [45] Это было немалым начинанием. Ему помогали его сестра Каролина и другие члены семьи. Каролина Гершель описала отливку зеркала с фокусным расстоянием 30 футов:
Был назначен день для литья, и металл был в печи, но, к сожалению, он начал протекать в тот момент, когда был готов к заливке, и оба моих брата и литейщик с его людьми были вынуждены выбежать в противоположные двери, потому что каменный пол (который должен был быть поднят) разлетелся во все стороны, так высоко, как потолок. Мой бедный брат упал, изнуренный жарой и напряжением, на кучу кирпичной крошки. Перед тем, как была предпринята вторая попытка литья, все, что могло обеспечить успех, было сделано, и в форме, которая треснула при охлаждении, был найден совершенно идеальный металл.
— Кэролайн Гершель [52]
Сообщается, что Гершель отлил, отшлифовал и отполировал более четырехсот зеркал для телескопов, размер которых варьировался от 6 до 48 дюймов в диаметре. [67] [69] Гершель и его помощники построили и продали не менее шестидесяти полных телескопов разных размеров. [67] Комиссии за изготовление и продажу зеркал и телескопов обеспечили Гершелю дополнительный источник дохода. Сообщается, что король Испании заплатил 3150 фунтов стерлингов за телескоп. [52]
Неотъемлемой частью строительства и обслуживания телескопов была шлифовка и полировка их зеркал. Это приходилось делать неоднократно, всякий раз, когда зеркала деформировались или тускнели во время использования. [45] Единственным способом проверить точность зеркала было его использование. [67]
Самый большой и самый известный из телескопов Гершеля был рефлекторным телескопом с диаметром главного зеркала 49 1 ⁄ 2 дюйма (1,26 м) и фокусным расстоянием 40 футов (12 м) . 40-футовый телескоп был в то время самым большим научным инструментом , который был построен. Его приветствовали как триумф «человеческой настойчивости и рвения к высочайшей науке». [45] [14] : 215
В 1785 году Гершель обратился к королю Георгу за деньгами для покрытия расходов на строительство 40-футового телескопа. Он получил 4000 фунтов стерлингов. [70] Без королевского покровительства телескоп не мог быть создан. Как бы то ни было, это заняло пять лет и вышло за рамки бюджета. [45]
Дом Гершеля в Слау стал толпой «рабочих и рабочих, кузнецов и плотников». [45] 40-футовую трубу телескопа пришлось отлить из железа. Труба была достаточно большой, чтобы пройти через нее. Заготовки зеркал отливали из металла Speculum , смеси меди и олова . Они были почти четыре фута (1,2 м) в диаметре и весили 1000 фунтов (450 кг). Когда первый диск деформировался из-за своего веса, был изготовлен второй, более толстый, с более высоким содержанием меди. Зеркала приходилось полировать вручную, что было кропотливым процессом. Зеркало неоднократно помещали в телескоп и снова вынимали, чтобы убедиться, что оно правильно сформировано. Когда зеркало деформировалось или тускнело, его приходилось вынимать, заново полировать и заменять в аппарате. Для поддержки телескопа была построена огромная вращающаяся платформа, что позволяло помощникам менять его положение по мере продвижения развертки. Платформа в верхней части трубы позволяла наблюдателю смотреть вниз в трубу и видеть полученное изображение. [45] [70]
В 1789 году, вскоре после того, как этот инструмент был введен в эксплуатацию, Гершель открыл новый спутник Сатурна : Мимас , диаметром всего 250 миль (400 км). [71] Затем последовало открытие второго спутника ( Энцелада ) в течение первого месяца наблюдений. [45] [72] [73]
40-футовый (12-метровый) телескоп оказался очень громоздким и, несмотря на свои размеры, не очень эффективным для показа более четких изображений. [45] Технологические инновации Гершеля привели его к пределам того, что было возможно с технологиями его времени. 40-футовый телескоп не был улучшен, пока викторианцы не разработали методы точной инженерии больших высококачественных зеркал. [74] Уильям Гершель был разочарован им. [45] [67] [75] Большинство наблюдений Гершеля были сделаны с меньшим 18,5-дюймовым (47 см) рефлектором с фокусным расстоянием 20 футов (6,1 м). Тем не менее, 40-футовый телескоп привлек общественное внимание. Он вдохновил ученых и писателей, включая Эразма Дарвина и Уильяма Блейка , и произвел впечатление на иностранных туристов и французских сановников. Король Георг был доволен. [45]
Гершель обнаружил, что незаполненные апертуры телескопов могут использоваться для получения высокого углового разрешения, что стало существенной основой для интерферометрической визуализации в астрономии (в частности, интерферометрии с маскировкой апертуры и гипертелескопов ). [76]
В 2012 году телевизионная программа BBC Stargazing Live построила копию 20-футового телескопа, используя оригинальные планы Гершеля, но современные материалы. Ее следует считать близким современным приближением, а не точной копией. Было использовано современное стеклянное зеркало, рама использует металлические леса, а труба представляет собой канализационную трубу. Телескоп был показан в программе в январе 2013 года и находится на кампусе искусств, дизайна и технологий Университета Дерби , где он будет использоваться в образовательных целях. [77]
Гершель был уверен, что нашел достаточно доказательств существования жизни на Луне и сравнил ее с английской сельской местностью. [78] Он не воздержался от теоретизирования о том, что другие планеты были заселены, [45] проявляя особый интерес к Марсу, что соответствовало взглядам большинства современных ему ученых. [78] Во времена Гершеля ученые были склонны верить в множественность цивилизованных миров; напротив, большинство религиозных мыслителей ссылались на уникальные свойства Земли. [78] Гершель зашел так далеко, что предположил, что внутренняя часть Солнца была заселена. [78]
Гершель исследовал корреляцию солнечной вариации и солнечного цикла и климата. [79] В течение 40 лет (1779–1818) Гершель регулярно наблюдал солнечные пятна и их изменения в количестве, форме и размере. Большинство его наблюдений приходилось на период низкой солнечной активности, минимум Дальтона , когда солнечных пятен было относительно немного. Это было одной из причин, по которой Гершель не смог определить стандартный 11-летний период солнечной активности. [80] [81] Гершель сравнил свои наблюдения с серией цен на пшеницу, опубликованной Адамом Смитом в «Богатстве народов» . [82]
В 1801 году Гершель сообщил о своих открытиях Королевскому обществу и указал на пять продолжительных периодов небольшого количества солнечных пятен, коррелирующих с ценой на пшеницу. [79] Исследование Гершеля было высмеяно некоторыми его современниками, но оно инициировало дальнейшие попытки найти корреляцию. Позже в 19 веке Уильям Стэнли Джевонс предложил 11-летний цикл с основной идеей Гершеля о корреляции между малым количеством солнечных пятен и более низкой урожайностью, объясняющей повторяющиеся подъемы и спады в экономике . [81]
Продолжают цитироваться предположения Гершеля о связи между солнечными пятнами и региональным климатом, использующие рыночную цену пшеницы в качестве прокси. Согласно одному исследованию, влияние солнечной активности можно фактически увидеть на историческом рынке пшеницы в Англии в течение десяти солнечных циклов между 1600 и 1700 годами. [80] [81] Оценка спорна [83] , и значимость корреляции подвергается сомнению некоторыми учеными. [84]
В своей более поздней карьере Гершель открыл два спутника Сатурна, Мимас [72] и Энцелад ; [73] а также два спутника Урана, Титанию и Оберон . [85] Он не дал этим спутникам их названий; они были названы его сыном Джоном в 1847 и 1852 годах соответственно после его смерти. [72] [73] Гершель измерил наклон оси Марса [86] и обнаружил, что марсианские ледяные шапки , впервые обнаруженные Джованни Доменико Кассини (1666) и Христианом Гюйгенсом (1672), изменяют размер в зависимости от сезонов на этой планете. [7] Было высказано предположение, что Гершель открыл кольца вокруг Урана . [87]
Гершель ввел, но не создал слово « астероид », [88] означающее звездообразный (от греческого asteroeides , aster «звезда» + -eidos «форма, очертание»), в 1802 году (вскоре после того, как Ольберс открыл вторую малую планету , 2 Палладу , в конце марта), чтобы описать звездообразный вид малых лун планет -гигантов и малых планет; для сравнения, все планеты имеют форму дисков. К 1850-м годам «астероид» стал стандартным термином для описания некоторых малых планет. [89]
Изучая собственное движение звезд, природа и масштабы движения Солнца были впервые продемонстрированы Гершелем в 1783 году, а также впервые определено направление солнечной вершины на Лямбду Геркулеса , всего в 10° от принятого сегодня положения. [90] [91] [92]
Гершель также изучал структуру Млечного Пути и был первым, кто предложил модель галактики, основанную на наблюдениях и измерениях. [93] Он пришел к выводу, что она имеет форму диска , но ошибочно предположил, что Солнце находится в центре диска. [94] [95] [96] [97] Этот гелиоцентрический взгляд в конечном итоге был заменен галактоцентризмом благодаря работам Харлоу Шепли , Хебера Дуста Кертиса и Эдвина Хаббла в 20 веке. Все трое использовали значительно более дальнобойные и точные телескопы, чем у Гершеля. [94] [95] [98]
В начале 1800 года Гершель тестировал различные фильтры для пропускания солнечного света и заметил, что фильтры разных цветов, по-видимому, генерируют разное количество тепла. Он решил пропустить свет через призму , чтобы измерить различные цвета света с помощью термометра , [6] и в процессе сделал измерение сразу за красным концом видимого спектра . Он обнаружил температуру на один градус выше, чем у красного света. [99] Дальнейшие эксперименты привели Гершеля к выводу, что за пределами видимого спектра должна быть невидимая форма света. [100] [101] Он опубликовал эти результаты в апреле 1800 года. [99]
Гершель использовал микроскоп, чтобы установить, что коралл не был растением – как многие в то время считали – потому что у него не было клеточных стенок, характерных для растений. На самом деле это животное, морское беспозвоночное . [102]
8 мая 1788 года Уильям Гершель женился на вдове Мэри Питт (урожденной Болдуин) в церкви Св. Лаврентия в Аптоне в Слау. [104] У них был один ребенок, Джон , родившийся в Обсерватории Хаус 7 марта 1792 года. Личное происхождение Уильяма и его рост как человека науки оказали глубокое влияние на воспитание его сына и внуков. Он был избран иностранным почетным членом Американской академии искусств и наук в 1788 году . [105] В 1816 году Уильям был произведен принцем-регентом в рыцари Королевского гвельфийского ордена и получил почетный титул «сэр», хотя это не было эквивалентом официального британского рыцарства. [106] Он помог основать Астрономическое общество Лондона в 1820 году, [107] которое в 1831 году получило королевскую хартию и стало Королевским астрономическим обществом . [108] В 1813 году он был избран иностранным членом Королевской Шведской академии наук .
25 августа 1822 года Гершель умер в Observatory House, Windsor Road, Slough , Buckinghamshire , после продолжительной болезни. Каролина была глубоко огорчена его смертью, и вскоре после его похорон она вернулась в Ганновер , о чем позже пожалела. Она прожила в Англии пятьдесят лет. Ее интересы гораздо больше соответствовали интересам ее племянника Джона Гершеля , также астронома, чем ее выжившей семьи в Ганновере. Она продолжала работать над организацией и каталогизацией туманностей, создавая то, что позже стало основой Нового общего каталога . Она умерла 9 января 1848 года. [52] [55] [109]
Уильям Гершель прожил большую часть своей жизни в городе Слау, затем в Бакингемшире (теперь в Беркшире). Он умер в городе и был похоронен под башней близлежащей церкви Святого Лаврентия, Аптон-кум-Чалви . [110] Эпитафия Гершеля:
Coelorum perrupit claustra
(Он прорвался сквозь преграды небес) [111]
Гершеля особенно чтят в Слау, и есть несколько мемориалов ему и его открытиям. В 2011 году в центре Слау была построена новая автобусная станция, дизайн которой был вдохновлен инфракрасным экспериментом Уильяма Гершеля. [112]
Джон Китс намекает на открытие Гершелем Урана в своем сонете 1816 года « О первом взгляде на Гомера Чепмена »: «Тогда я почувствовал себя как какой-то наблюдатель небес, / Когда новая планета вплывает в его кругозор». Ричард Холмс говорит, что Китс «выделяет открытие Урана тридцатью пятью годами ранее как один из определяющих моментов эпохи». [113]
Его дом по адресу Нью-Кинг-стрит, 19 в Бате, Сомерсет , где он построил множество телескопов и впервые наблюдал Уран, теперь является домом для Музея астрономии Гершеля . [114]
Возле хоровой перегородки в Вестминстерском аббатстве находится мемориал . [115]
Полное собрание музыкальных произведений Гершеля выглядит следующим образом: [116]
Различные вокальные произведения, включая « Te Deum », псалмы , мотеты и священные песнопения, а также некоторые отрывки .
Клавирные произведения для органа и клавесина:
Читать 10 января 1782 г.
Прочитано 8 декабря 1784 г.
Читать 8 июня 1821 г.