Открытие гершеля. Уильям Гершель: биография

Один из десяти детей бедного музыканта-еврея Исаака Гершеля (1707-1768), принявшего для женитьбы христианство. Поступил на службу в военный оркестр (гобоистом) и в 1755 г. в составе полка был командирован из Ганновера в Англию (эти два государства были связаны личной унией). В 1757 г. ушёл с военной службы ради занятий музыкой. Работал органистом и учителем музыки в Галифаксе, затем переехал в курортный город Бат, где стал распорядителем публичных концертов. Интерес к музыкальной теории привёл Гершеля к математике, математика к оптике и наконец оптика к астрономии. В 1773 г., не имея средств для покупки большого телескопа, он стал сам шлифовать зеркала и конструировать телескопы и в дальнейшем сам изготавливал оптические приборы как для собственных наблюдений, так и на продажу.

Первое и наиболее важное открытие Гершеля - открытие планеты Уран - произошло 13 марта 1781 г. Гершель посвятил это открытие королю Георгу III и назвал открытую планету в его честь - «Звезда Георга» (Georgium Sidus , название так и не вошло в употребление). Георг III, сам любитель астрономии и покровитель ганноверцев, произвел Гершеля в чин Королевского Астронома и снабдил его средствами для постройки отдельной обсерватории. С 1782 г. Гершель и ассистировавшая ему сестра Каролина постоянно работали над совершенствованием телескопов и астрономическими наблюдениями.

Благодаря некоторым техническим усовершенствованиям и увеличению диаметра зеркал Гершель смог в 1789 г. изготовить самый большой телескоп своего времени (фокусное расстояние 12 метров, диаметр зеркала 49? дюймов (126 см)); в первый же месяц работы с этим телескопом Гершелем были открыты спутники Сатурна Мимас и Энцелад. Далее Гершель открыл также спутники Урана Титанию и Оберон. В своих работах о спутниках планет Гершель впервые употребил термин «астероид» (использовав его для характеристики этих спутников, потому что при наблюдении имевшимися у Гершеля телескопами крупные планеты выглядели дисками, а их спутники - точками, как и звёзды).

Однако главные работы Гершеля относятся к звездной астрономии. Изучение собственного движения звезд привело его к открытию поступательного движения Солнечной системы в сторону созвездия Геркулеса. Он также вычислил координаты воображаемой точки - апекса Солнца, в направлении которой происходит это движение. Из наблюдений за двойными звездами, предпринятых с целью определения параллаксов, Гершель сделал новаторский вывод о существовании звёздных систем (прежде предполагалось что двойные звезды лишь случайно расположены на небе таким образом, что при наблюдении оказываются рядом). Гершель также много наблюдал туманности и кометы, также составляя тщательные описания и каталоги (их систематизацией и подготовкой к публикации занималась Каролина Гершель).

Среди других заслуг Гершеля - открытие инфракрасного излучения, произведенное в ходе изящного эксперимента: расщепив солнечный свет призмой, Гершель поместил термометр сразу за красной полосой видимого спектра и показал, что температура повышается, а следовательно, на термометр воздействует световое излучение, не доступное человеческому взгляду.

Любопытно, что за пределами собственно астрономии и ближайших к ней областей физики научные взгляды Гершеля были весьма причудливы. Он, например, полагал, что все планеты обитаемы, что под горячей атмосферой Солнца находится плотный слой облаков, а ниже - твёрдая поверхность планетарного типа, и т. п.

Лауреат медали Копли (1781). В честь Гершеля названы кратеры на Луне, Марсе и Мимасе, а также несколько новейших астрономических проектов.

(1738-1822) - основоположник звездной астрономии, иностранный почетный член Петербургской АН (1789). С помощью изготовленных им телескопов производил систематические обозрения звездного неба, исследовал звездные скопления, двойные звезды, туманности. Построил первую модель Галактики, установил движение Солнца в пространстве, открыл Уран (1781), его 2 спутника (1787) и 2 спутника Сатурна (1789).

Первые попытки глубже проникнуть в тайну строения звездной Вселенной путем тщательных наблюдений при помощи возможно более сильных телескопов связаны с именем астронома Вильяма Гершеля.

Фридрих Вильгельм Гершель родился 15 ноября 1738 года в Ганновере в семье гобоиста ганноверской гвардии Исаака Гершеля я Анны Ильзы Морицен. Протестанты Гершели были выходцами из Моравии, которую покинули, вероятно, из религиозных соображений. Атмосферу родительского дома можно назвать интеллектуальной. «Биографическая записка», дневник и письма Вильгельма, воспоминания его младшей сестры Каролины вводят нас в дом и мир интересов Гершеля и показывают тот воистину титанический труд и увлеченность, создавшие выдающегося наблюдателя и исследователя.

Гершель получил обширное, но несистематическое образование. Занятия по математике, астрономии, философии выявили его способности к точным наукам. Но, кроме этого, Вильгельм обладал большими музыкальными способностями и в четырнадцать лет вступил музыкантом в полковой оркестр. В 1757 году, после четырех лет военной службы, он уехал в Англию , куда несколько ранее переселился брат его Яков, капельмейстер ганноверского полка.

Не имея ни гроша в кармане, Вильгельм, переименованный в Англии в Вильяма, занялся в Лондоне перепиской нот. В 1766 году он переселился в Бат, где скоро достиг большой известности как исполнитель, дирижер и музыкальный педагог. Но такая жизнь не могла его полностью удовлетворить. Интерес Гершеля к естествознанию и философии, постоянное самостоятельное образование привели его к увлечению астрономией. «Как жаль, что музыка не в сотню раз труднее науки, я люблю деятельность и мне необходимо занятие», - писал он брату.

В 1773 году Вильям Гершель приобрел ряд трудов по оптике и астрономии. «Полная система оптики» Смита и «Астрономия» Фергюсона стали его настольными книгами. В том же году он впервые взглянул на небо в небольшой телескоп с фокусным расстоянием около 75 см, но наблюдения со столь малым увеличением не удовлетворили исследователя. Поскольку средств на покупку более светосильного телескопа не было, он решил сделать его сам.

Купив необходимые инструменты и заготовки, Вильям Гершель самостоятельно отлил и отшлифовал зеркало для своего первого телескопа. Преодолев большие трудности, Гершель в том же 1773 году изготовил рефлектор с фокусным расстоянием более 1,5 м. Шлифовку зеркал Гершель производил вручную (машину для этой цели он создал только через пятнадцать лет), часто работая по 10, 12 и даже 16 часов подряд, так как остановка процесса шлифовки ухудшала качество зеркала. Работа оказалась не только тяжелой, но и опасной, однажды при изготовлении заготовки для зеркала взорвалась плавильная печь.

Сестра Каролина и брат Александр были верными и терпеливыми помощниками Вильяма в этой нелегкой работе. Трудолюбие и энтузиазм дали превосходные результаты. Зеркала, изготовленные Вильямом Гершелем из сплава меди и олова, были прекрасного качества и давали совершенно круглые изображения звезд.

Как пишет известный американский астроном Ч. Уитни, «с 1773 по 1782 годы Гершели были заняты тем, что превращались из профессиональных музыкантов в профессиональных астрономов».

В 1775 году Вильям Гершель начал свой первый «обзор неба». В это время он еще продолжал зарабатывать себе на жизнь музыкальной деятельностью, но истинной его страстью стали астрономические наблюдения. В перерывах между уроками музыки он занимался изготовлением зеркал для телескопов, вечерами давал концерты, а ночи проводил за наблюдением звезд. Для этой цели Гершель предложил оригинальный новый способ «звездных черпков», т. е подсчета количества звезд на определенных площадках неба.

13 марта 1781 года, во время наблюдений, Гершель заметил нечто необычное: «Между десятью и одиннадцатью вечера, когда я изучал слабые звезды в соседстве с Н Близнецов, я заметил одну, которая выглядела большей, чем остальные. Удивленный ее необычным размером, я сравнил ее с Н Близнецов и небольшой звездой в квадрате между созвездиями Возничего и Близнецов и обнаружил, что она значительно больше любой из них. Я заподозрил, что это - комета». Объект имел ярко выраженный диск и смещался вдоль эклиптики. Сообщив другим астрономам об открытии «кометы», Гершель продолжал ее наблюдать.

Через несколько месяцев два известных ученых - академик Петербургской академии наук Д.И. Лексель и академик Парижской академии наук Пьер Симон Лаплас , - вычислив орбиту открытого небесного объекта, доказали, что Гершель открыл планету, которая располагалась за Сатурном. Планета, названная позднее Ураном, отстояла от Солнца почти на 3 миллиарда км и превышала объем Земли более чем в 60 раз. Впервые в истории науки была обнаружена новая планета, так как известные ранее пять планет испокон веков наблюдались на небе. Открытие Урана раздвинуло границы Солнечной системы более чем в два раза и принесло славу ее первооткрывателю.

Через девять месяцев после открытия Урана, 7 декабря 1781 года, Вильям Гершель был избран членом Лондонского королевского астрономического общества, ему были присуждены степень доктора Оксфордского университета и золотая медаль Лондонского королевского общества (в 1789 году Петербургская академия наук избрала его почетным членом).

Открытие Урана определило карьеру Гершеля. Король Георг III, сам любитель астрономии и покровитель ганноверцев, назначил его в 1782 году «Королевским астрономом» с ежегодным жалованьем 200 фунтов. Король также снабдил его средствами для постройки отдельной обсерватории в Слоу, близ Виндзора. Здесь Вильям Гершель с юношеским жаром и необыкновенным постоянством принялся за астрономические наблюдения. По словам биографа Араго, он выходил из обсерватории только для того, чтобы представлять королевскому обществу результаты своих неусыпных трудов.

Главное внимание В. Гершель по-прежнему уделял усовершенствованию телескопов. Употреблявшееся до тех пор второе малое зеркало он вовсе отбросил и тем значительно усилил яркость изображения. Постепенно Гершель увеличивал диаметры зеркал. Его вершиной стал построенный в 1789 году телескоп-гигант по тому времени, с трубой длиной 12 м и зеркалом диаметром 122 см. Этот телескоп оставался непревзойденным до 1845 года, когда ирландский астроном В. Парсонс построил еще больший телескоп - длиной почти 18 метров с зеркалом диаметром 183 см.

При помощи новейшего телескопа Вильям Гершель открыл два спутника Урана и два спутника Сатурна. Таким образом, с именем Гершеля связано открытие сразу нескольких небесных тел в солнечной системе. Но не в этом главное значение его замечательной деятельности.

И до Гершеля было известно несколько десятков двойных звезд, но такие звездные пары рассматривались как случайные сближения составляющих их звезд, и не предполагалось, что двойные звезды широко распространены во Вселенной. Гершель тщательно исследовал разные участии неба на протяжении многих лет и открыл свыше 400 двойных звезд. Он исследовал расстояния между составляющими (в угловых мерах), их цвет и видимый блеск. В отдельных случаях звезды, считавшиеся ранее двойными, оказывались тройными и четверными (кратные звезды). Гершель пришел к выводу, что двойные и кратные звезды - это системы звезд, физически связанных между собой и, как он убедился, обращающихся вокруг общего центра тяжести, согласно закону всемирного тяготения.

Вильям Гершель был первым в истории науки астрономом, систематически исследовавшим двойные звезды. С давних времен были известны яркая туманность в созвездии Ориона, а также туманность в созвездии Андромеды, видимые невооруженным глазом. Но только в XVIII веке по мере совершенствования телескопов было открыто много туманностей. Иммануил Кант и Ламберт считали, что туманности - это целые звездные системы, другие Млечные Пути, но удаленные на колоссальные расстояния, на которых не могут быть различимы отдельные звезды.

В.Гершель проделал огромную работу, открывая и изучая новые туманности. Он использовал для этого все увеличивающуюся силу своих телескопов. Достаточно сказать, что составленные им на основе его наблюдений каталоги, первый из которых появился в 1786 году, насчитывают около 2500 туманностей. Задачей Гершеля было, однако, не просто отыскание туманностей, а раскрытие их природы. В его мощные телескопы многие туманности отчетливо разделялись на отдельные звезды и оказывались, таким образом, далекими от солнечной системы звездными скоплениями. В некоторых случаях туманность оказывалась звездой, окруженной туманным кольцом. Но другие туманности не разделялись на звезды даже при помощи самого мощного - 122-сантиметрового телескопа

Сначала Гершель заключил, что почти все туманности в действительности являются собраниями звезд и самые дальние из них также разложатся на звезды в будущем - при наблюдениях в еще более мощные телескопы. При этом он допускал, что некоторые из этих туманностей представляют собой не звездные скопления в пределах Млечного Пути, а самостоятельные звездные системы. Дальнейшие исследования заставили Вильяма Гершеля углубить и дополнить свои взгляды. Мир туманностей оказывался более сложным и многообразным, чем это ранее можно было предполагать.

Продолжая неутомимо наблюдать и размышлять, Гершель признал, что многие из наблюдаемых туманностей вообще нельзя разложить на звезды, так как они состоят из гораздо более разреженного вещества («светящейся жидкости», как думал Гершель), чем звезды. Таким образом, Гершель пришел к выводу, что туманное вещество, как и звезды, широко распространено во Вселенной. Естественно, возникал вопрос о роли этого вещества во Вселенной, о том, не является ли оно материалом, из которого возникли звезды. Еще в 1755 году Имануил Кант выдвинул гипотезу об образовании целых звездных систем из первоначально существовавшего рассеянного вещества. Гершель высказал смелую мысль, что различные виды неразложимых туманностей представляют собой разные стадии образования звезд. Путем уплотнения туманности из нее по степенно образуется либо целое скопление звезд, либо одна звезда, которая в начале своего существования еще окружена туманной оболочкой. Если Кант считал, что все звезды Млечного Пути когда-то образовались одновременно, то Гершель впервые предположил, что звезды имеют разный возраст и образование звезд продолжается непрерывно и происходит и в наше время.

Эта идея Вильяма Гершеля оказалась потом забыта, и ошибочное мнение о единовременном происхождении всех звезд в далеком прошлом долго господствовало в науке. Только во второй половине XX века на основе огромных успехов астрономии и в особенности трудов советских ученых установлено различие возраста звезд. Изучены целые классы звезд, бесспорно существующих немногие миллионы лет, в отличие от других звезд, возраст которых определяется миллиардами лет. Взгляды Гершеля на природу туманностей в общих чертах подтверждены современной наукой, установившей, что газовые и пылевые туманности широко распространены в нашей и в других галактиках. Природа этих туманностей оказалась еще сложнее, чем это мог предполагать Гершель.

Вместе с тем Вильям Гершель и в конце жизни был убежден, что некоторые туманности являются далекими звездными системами, которые со временем будут разложены на отдельные звезды. И в этом он, так же как Кант и Ламберт, оказался прав.

Как уже было сказано, в XVIII веке было обнаружено собственное движение многих звезд. Гершелю путем расчетов удалось в 1783 году убедительно доказать, что и наша солнечная система движется по направлению к созвездию Геркулеса.

Но главной своей задачей Вильям Гершель считал выяснение строения звездной системы Млечного Пути, или нашей Галактики, ее формы и размеров. Этим он занимался несколько десятилетий. В его распоряжении не было тогда данных ни о расстояниях между звездами, ни об их размещении в пространстве, ни об их размерах и светимости. Не имея этих данных, Гершель предположил, что все звезды имеют одинаковую светимость и распределены в пространстве равномерно, так что расстояния между ними более или менее одинаковы, а Солнце находится около центра системы. При этом Гершель не знал явления поглощения света в мировом пространстве и считал, кроме того, что его телескопу-гиганту доступны и даже самые далекие звезды Млечного Пути. С помощью этого телескопа он производил подсчеты звезд в различных участках неба и пытался определить, как далеко в том или ином направлении простирается наша звездная система.

Но исходные предположения Гершеля были ошибочны Теперь известно, что звезды различаются между собой по светимости и что распределены они в Галактике неравномерно. Галактика настолько велика, что границы ее не были доступны даже телескопу-гиганту Гершеля, поэтому он не мог прийти к правильным выводам о форме Галактики и о положении в ней Солнца, а размеры ее он сильно преуменьшил.

Вильям Гершель занимался и другими вопросами астрономии. Между прочим, он разгадал сложную природу солнечного излучения и сделал вывод, что в состав его входят световые, тепловые и химические лучи (излучение, не воспринимаемое глазом). Иначе говоря, Гершель предвосхитил открытие лучей, выходящих за пределы обычного солнечного спектра, - инфракрасных и ультрафиолетовых.

Гершель начал свою научную деятельность как скромный любитель, имевший возможность посвятить астрономии только свое свободное время. Преподавание музыки долго оставалось для него источником средств к существованию. Только в пожилом возрасте он приобрел материальные возможности для занятий наукой.

Астроном сочетал в себе черты настоящего ученого и прекрасного человека. Гершель был искуснейшим наблюдателем, энергичным исследователем, глубоким и целеустремленным мыслителем. В самом зените своей славы он оставался обаятельным, добрым и простым человеком, что свойственно глубоким и благородным натурам.

Свое увлечение астрономией Вильям Гершель сумел передать своим родным и близким. Его сестра Каролина много помогала ему в научных работах. Изучив под руководством брата математику и астрономию, Каролина самостоятельно обработала его наблюдения, подготовила к публикации каталоги туманностей и звездных скоплений Гершеля. Много времени посвящая наблюдениям, Каролина открыла 8 новых комет и 14 туманностей. Она была первой женщиной-исследователем, принятой на равных в когорту английских и европейских астрономов, избравших ее почетным членом Лондонского королевского астрономического общества и Ирландской королевской академии

Немецкий астроном и оптик, основоположник звёздной астрономии. Отец физика и астронома учёного Джона Гершеля .

Родился в Германии в семье военного музыканта и здесь же получил домашнее образование.

В 1757 году Вильгельм Гершель, чтобы избежать солдатчины в Семилетней войне, переехал, точнее - смог остаться, в Англии. Здесь он днём работал учителем музыки, играл на органе, а ночью самостоятельно изучал астрономию.

В 1773 году, не имея средств для покупки большого телескопа, Вильгельм Гершель научился шлифовать зеркала и конструировать телескопы, как для своих исследований, так и для продажи.

Любитель-астроном король Георг III, произвёл его в королевские астрономы и профинансировал постройку его обсерватории.

В 1781 году Вильгельм Гершель открыл планету Уран (это было первое открытие новой планеты со времён античности), а через 6 лет - два его спутника ещё позже открыл 2 спутника Сатурна.

В 1789 Вильгельм Гершель построил самый большой по тому времени телескоп-рефлектор с фокусным расстоянием 122 см.

С помощью изготовленных им мощных телескопов Вильгельм Гершель производил систематические обозрения звёздного неба, исследовал звездные скопления, двойные звезды, многочисленные туманности, открыл инфракрасное излучение.

«В просвещённой Англии хороший музыкант не мог остаться без работы. Вдобавок, у парня были золотые руки: он научился сам чинить органы, а потом и строить их. Но чем заполнить досуг?

Гершель увлёкся процветающей английской наукой. Он прочёл книгу Ньютона «Оптика» и решил смастерить телескоп своими руками: быть может, ему повезёт открыть на небе некую новинку? С годами построенные Гершелем телескопы становились всё лучше: их бронзовые зеркала он шлифовал сам, вместе с сестрой Каролиной. В 1781 году труды любителя увенчались поразительным успехом: Гершель открыл в Солнечной системе новую планету - Уран.

Почему этого никто не сделал раньше? Потому, что никто не искал новые планеты: все любители искали новые кометы или новые звёзды.

Гершель тоже сперва принял Уран за звезду; потом разглядел, что это не точка, а пятнышко и принял его за комету. Но долгое слежение за «кометой» позволило рассчитать её орбиту: оказалось, что это планета с периодом около 80 лет (чуть больше, чем у кометы Галлея но у той орбита более вытянута). Теперь Гершель прославился на всю Европу, но не почил на лаврах, а продолжил изучение планет и их спутников.

Он открыл два спутника Урана, ещё два спутника Сатурна; Гершель также выяснил периоды вращения Сатурна и его колец (для Юпитера это раньше сделал Брэдли). После таких открытий Гершель перенёс своё внимание в звёздный мир.

Он начал с попыток измерить параллаксы двойных звёзд; потерпев неудачу, Гершель установил, что большинство парных звёзд обращаются около общего центра тяжести, повинуясь законам Кеплера .

Затем Гершель принялся измерять скорости сдвига тех звёзд, которые изменили своё положение на небе в темпе десятилетий или веков (как Сириус и Арктур). Изучив дюжину таких звёзд, Гершель нарисовал векторы их сдвигов по небу - и обнаружил, что все они «разбегаются» в стороны от некой точки на небосводе, ничем не примечательной.

Гершель сразу сообразил: это не звёзды разбегаются в стороны, а само Солнце летит в их сторону! Мы теперь часто видим такую картинку на телеэкране; то же самое видит лыжник или бегун, мчась среди деревьев.

Так Гершель узнал вектор скорости Солнца - в процессе вращения Галактики около её оси. Затем Гершель заинтересовался тонкой структурой Млечного Пути: из чего состоят заметные в нём светлые сгустки и тёмные пятна? Оказалось, что каждый яркий комок распадается на звёзды, тогда как туманности бывают светлые и тёмные. Они, вероятно, состоят из пыли и иногда освещены соседними звёздами, как фонарями.

Поняв всё это. Гершель захотел понять строение Солнца: прежде всего, тёмных пятен на нём. Тут он грубо и показательно ошибся, ибо термодинамику вовсе не знал! Научиться ей тогда можно было только у инженеров-практиков (вроде Уатта) - но старый Гершель с такими людьми не общался. По неведению, он решил, что пятна на Солнце суть прогалины в его раскалённых облаках: там заметна тёмная (холодная) поверхность Солнца, мы же ощущаем только излучение верхнего слоя солнечной атмосферы! На всякого мудреца - довольно и простоты...

Однако не все увлечения старого Гершеля приводили к заблуждениям. Однажды он решил испытать: какую долю тепла несут от Солнца лучи разных цветов? Пропустив свет Солнца через призму, Гершель положил термометры в разные зоны спектра, не забыв (для контроля) положить два термометра по бокам спектра. И вот: один из них (рядом с красной зоной) заметно нагрелся! Так были нечаянно открыты инфракрасные лучи. Через год (1801) другой астроном - Риттер открыл ультрафиолетовые лучи: тут пригодилась химическая активность света».

Смирнов С.Г., Лекции по истории науки, М., Изд-во МЦНМО, 2012 г., с. 70-71.

На основе своих многолетних наблюдений Вильгельм Гершель построил звёздно-космогоническую теорию эволюции Вселенной под действием сил тяготения - от разреженных, хаотических форм к сложноорганизованным звёздным системам.

Сын небогатого музыканта Фридрих Уильям Гершель родился 15 ноября 1938 году в Ганновере. Еще в детстве семья переехала в Лондон, где будущий астроном и начал свою «трудовую деятельность». Первоначально он пошел по стопам отца, поступив на службу в военный оркестр. Через два года, покинув службу, молодой Уильям избрал карьеру музыканта, успев побывать органистом, учителем музыки и даже распорядителем концертов. Далеко не сразу привлекла его астрономия. Занявшись изучением музыкальной теории, Гершель поочередно увлекся математикой, оптикой, и наконец, лишь в возрасте 36 лет занялся астрономией. Поскольку для научных занятий ему нужны были средства, он начал изготавливать телескопы на заказ, попутно внося в них определенные усовершенствования. Его деятельность вскоре была оценена королем Англии Георгом III, который и сам увлекался астрономией. В результате Гершель получил должность королевского астронома и средства на постройку собственной обсерватории, где им и были сделаны наиболее значительные открытия. Здесь он работал несколько десятилетий, вплоть до самой смерти.

Гершель внес немалый вклад в развитие астрономии, физики и оптики. За свою жизнь он изготовил свыше 400 телескопов, в том числе по заказам крупнейших обсерваторий того времени. Занимаясь научными опытами, он впервые обнаружил инфракрасное излучение. Однако, свои самые знаменитые открытия были сделаны им вовсе не на Земле, а на небе. Именно Гершель стал первооткрывателем новой планеты в нашей Солнечной системе, чего не случалось ранее. Ведь до этого момента астрономам более двух тысячелетий были известны шесть планет, видимых невооруженным глазом. 13 марта 1781 года в установившийся веками небесный порядок было внесено существенное изменение. Именно в этот день Уильям Гершель заметил на небе неизвестный светящийся объект, который оказался седьмой от Солнца планетой – Ураном.

Открытие прославило ученого, который не остановился на этом, а продолжал наблюдения. Составляя каталог двойных звезд, Гершель пришел к выводу, что они представляют собой единые системы, а не случайно расположены друг рядом с другом, как считалось ранее. Другим важным выводом, сделанным Гершелем, стала принадлежность нашей Солнечной системе к Млечному Пути. После открытия после 1800 года группы малых небесных тел между орбитами Марса и Юпитера он ввел для них специальное название – астероид. Термин этот используется и наше время.

Сам же Гершель также открыл в окрестностях нашего Солнца немало новых объектов. Помимо самого Урана им были обнаружены два его крупных спутника – Титания и Оберон. Кроме того, он открыл два спутника у соседнего Сатурна – Мимас и Энцелад, попутно определив период вращения самой планеты и его колец. В числе его открытий – более 800 новых двойных и кратных звезд, ряд планетарных туманностей. Гершель по праву считается одним из основателей звездной астрономии.

Стоит отметить, что большую помощь в астрономических наблюдениях Уильяму оказала его родная сестра Каролина. Она самостоятельно открыла ряд комет и туманностей. После смерти брата, на основе совместных наблюдений ею был составлен каталог звездных туманностей, который включал в себя 2500 объектов.

| Гершель, Уильям Фредерик

Перед нами лежит обширное поле для открытий, и наблюдение одно только даёт ключ к ним.

(c) Иммануил Кант

Фредерик Уильям (Фридрих Вильгельм) Гершель (англ. Frederick William Herschel , нем. Friedrich Wilhelm Herschel; 15 ноября 1738, Ганновер - 25 августа 1822, Слау близ Лондона) - выдающийся английский астроном немецкого происхождения.

Гершель был пионером во всём, что он делал. Как конструктор первых больших телескопов-рефлекторов и наблюдатель он оставил далеко позади своих современников. Ещё большее воздействие на историю астрономии он оказал как глубокий мыслитель, воссоздавший по отдельным деталям общую картину Вселенной. На основе собственных наблюдений Уильям Гершель впервые установил общую форму и сделал первые оценки размеров нашего грандиозного «звёздного дома» - Галактики. Он же первым вышел со своими телескопами в безграничный мир далёких «млечных» туманностей - других звёздных вселенных. Гершель вдвое расширил Солнечную систему и «сдвинул с места» Солнце, открыв его движение в мировом пространстве. В наблюдательной астрономии он был и Колумбом, и Магелланом. А началось всё с любознательности и любви к... музыке.

Фридрих Вильгельм (Уильям) Гершель родился 15 ноября 1738 г. в Ганновере (Германия) в семье полкового музыканта Ганноверской гвардии. С 15 лет он сам стал играть на гобое в том же оркестре, а в дальнейшем играл на скрипке и органе. В 19 лет жизненный путь его круто изменился. Спасаясь от рекрутчины, он с тайного благословения матери бежал в Англию (Ганновер подчинялся тогда английскому королю), навсегда расставшись с родиной. После многих невзгод и лишений Гершель приобрёл известность как музыкант-исполнитель, композитор и преподаватель музыки в приморском курортном городе Бате недалеко от Бристоля. Он серьёзно занимался теорией музыки. От неё увлечение перешло на математику и оптику, через которую он познакомился с астрономией.

Гершелю было 35 лет - жизнь, казалось, определилась. На концертах с ним успешно выступала его талантливая младшая сестра Каролина, которую он вызвал к себе в Англию. Но интерес Гершеля к звёздам, желание увидеть всё своими глазами и энергичная, деятельная натура решили его дальнейшую судьбу. В 1773 г. Гершель приобрёл небольшой отражательный телескоп с фокусным расстоянием 2,5 фута (около 76 см). Хотя наблюдения с ним не удовлетворили его, на больший инструмент не было средств.

Тогда, скупив у одного оптика весь запас заготовок и материалов, Гершель приступил к изготовлению телескопа самостоятельно.

Уже в марте 1774 г. Гершель наблюдал красивую светлую туманность в созвездии Ориона с помощью своего первого самодельного телескопа-рефлектора ньютоновской системы длиной 5,5 футов (почти 2 м) и диаметром главного зеркала 20 см.

Зеркальный телескоп. XVIII в.
Дни Гершеля были отныне заполнены изготовлением зеркал, вечера - музыкой, а ночные часы он со всё большим увлечением отдавал астрономическим наблюдениям, которые ухитрялся проводить даже во время концертных антрактов. Изготовлять телескопы ему помогал младший брат Александр, талантливый механик, также вызванный им из Германии.

Когда брат шлифовал зеркало, мне даже приходилось самой класть ему пищу в рот, иначе он совсем изголодался бы: однажды, кончая шлифовать семифутовое зеркало, он не отрывал от него рук в течение шестнадцати часов. Да и вообще за едой он всегда бывал чем-то занят: рисовал планы и наброски или делал ещё что-нибудь. Если работа не требовала размышлений, я обычно читала ему вслух, и мало-помалу, помогая чем могла, я стала полезна в мастерской, как может быть полезен подмастерье в первый год своего обучения.

(По книге Каролины Гершель «Воспоминания». 1825 г.)

Неоценимую роль в жизни и научных исследованиях учёного сыграла сестра Каролина. Она проводила трудоёмкую обработку результатов наблюдений и в течение 16 лет вела хозяйство их небольшой семьи. Её дневники и воспоминания донесли до нас обстановку кипучей, весёлой и самозабвенной, освещённой глубокой взаимной привязанностью творческой жизни Уильяма Гершеля и его ближайших помощников. Однажды в мастерской взорвалась плавильная печь, в которой Гершель варил особый сплав из меди и олова для металлических зеркал своих телескопов. Каролину приводило в отчаяние то, что чистые комнаты их дома были превращены в мастерские, а традиционные кружевные манжеты на рукавах рубашек её братьев бывали безнадёжно испорчены при шлифовке и полировке зеркал. Эта многочасовая работа, сначала делавшаяся Гершелем вручную, не допускала перерывов. В дальнейшем он механизировал шлифовку длиннофокусных зеркал, которые были не сферическими, а параболическими и потому требовали особой точности в обработке.

Уже в Бате Гершель изготовил сотни зеркал для 7-, 10- и 20-футовых рефлекторов. Основным его рабочим инструментом был 20-футовый (фокусное расстояние трубы около 7 м) ньютоновский рефлектор с диаметром объектива почти в полметра. Вершиной же развития телескопостроения вплоть до середины XIX в. стал созданный Гершелем в 1787- 1789 гг. гигантский 40-футовый рефлектор с длиной трубы 12 м и диаметром зеркала 147 см (весом около 1 т!). Максимальное эффективное увеличение на больших телескопах Гершеля составляло 2,5 тыс. и применялось в особых целях -для наблюдений двойных звёзд. Свои знаменитые обзоры неба Гершель проводил обычно с увеличением 150-300. Наблюдения требовали немалой выносливости и смелости, так как велись с площадки на высоте нескольких метров над землёй.

Начиная с 1775 г. он провёл четыре систематических обзора звёздного неба, чтобы не пропустить ни одного неизвестного объекта, причём каждый обзор занимал несколько лет. Каролина вела запись всего увиденного братом под его диктовку. Во время второго такого обзора неожиданно закончилась его карьера музыканта: 13 марта 1781 г. Гершель впервые после жрецов Вавилона открыл планету - Уран. Солнечная планетная система сразу увеличилась по размерам более чем вдвое.

Сложилось мнение, будто Уран привёл в поле зрения моего телескопа счастливый случай, но полагать так - явная ошибка. Ведь я последовательно рассматривал каждую звезду не только той же, но и много меньшей величины, а потому в ту ночь настал её черёд быть открытой. Я постепенно штудировал великий труд Творца всего сущего и наконец добрался до страницы, которая содержала седьмую планету. Если бы в этот вечер мне помешало какое-нибудь дело, я нашёл бы её в следующий, а телескоп мой был так хорош, что при первом же взгляде на неё я различил диск планеты.

(По сочинениям Уильяма Гершеля.)

Положение Урана среди звёзд на момент его открытия 13 марта 1781 г.
Гершель вступил в астрономию с триумфом. Золотая медаль Лондонского королевского общества, избрание в члены этого Общества, почётная и редкая для иностранца степень доктора Оксфордского университета, должность придворного астронома с пожизненной пенсией в 300 гиней были наградой Гершелю в Англии. Но главное: он стал астрономом-профессионалом. В 1782 г. Гершель переехал в Старый Виндзор, а в 1786 г. навсегда поселился в Слау в 30 км от Лондона (ныне в черте города). Именно Слау знаменитый Франсуа Араго назвал тем местом на Земле, где было сделано наибольшее количество астрономических открытий. В Солнечной системе помимо Урана Гершель открыл два его спутника (1787 г.), обнаружив у них обратное движение (1797 г.), а также два новых спутника Сатурна (1789 г.); весьма точно измерил период вращения Сатурна и его кольца (1790 г.); выявил сезонные изменения размеров полярных шапок на Марсе, что стало первым импульсом для размышлений о марсианах и многое другое. Однако планетные исследования Гершеля лишь «попутная мелочь», которую он порой случайно находил на обочине своей главной дороги - в неизведанный Мир Звёзд.

Уже в 1783 г., сравнив известные собственные движения 13 звёзд в окрестностях Солнца, Гершель обнаружил его движение в пространстве и указал довольно точно его направление (апекс) к звезде λ Геркулеса.

Ещё более важным оказалось открытие двойных и кратных звёзд. Начав в 1778 г. с массовой переписи всех видимых на небе тесных пар звёзд, Гершель спустя лишь четверть века, 9 июня 1803 г., сделал в Лондонском королевском обществе знаменитое сообщение об открытии им реальной гравитационной связи между компонентами у 50 пар звёзд. Его последней работой стал каталог 145 физически двойных звёзд с детальным исследованием их орбит (1822 г.). Всего Гершель открыл свыше 800 двойных и кратных звёзд. Он же первым попытался внести ясность и в область звёздной фотометрии. Проводя систематические наблюдения в этой области с 1794 г., Гершель за шесть лет составил шесть каталогов относительного блеска звёзд. Он впервые ввёл надёжную шкалу звёздных величин (которая несколько отличалась от современной) и измерил блеск около 3 тыс. звёзд с точностью до 0,1 звёздной величины, максимальной для визуальных наблюдений. В результате он открыл несколько новых переменных.

Гершель умел видеть то, что совершенно выпадало из поля зрения его современников. В 1804 г. он обратил внимание на связь между цепами на пшеницу (определявшимися её урожайностью) и радиацией Солнца, зависевшей от числа пятен на его поверхности. Это курьёзное по тем временам сообщение было опубликовано в «Берлинском астрономическом ежегоднике» (Berliner astronomisches Jahrbuch) Иоганна Боде в 1808 г.

Не обошлось и без заблуждений: как многие тогда, Гершель был увлечён идеей множественности обитаемых миров и допускал, что даже Солнце может быть таким телом - холодным, окружённым лишь ярко светящейся атмосферой, сквозь разрывы в которой в виде пятен проглядывает тёмная поверхность...

В 1800 г. Гершель обнаружил, что термометр, оказавшийся за пределами видимого солнечного спектра со стороны его красного конца, тоже нагревается. Так были открыты тепловые лучи, или инфракрасное излучение. В спектрах звёзд Гершель первым отметил различие в положении максимума их яркости, отчего одни звёзды могли быть названы синими, а другие - жёлтыми или красными. Это явление, говорящее о разнице поверхностных температур звёзд, в дальнейшем легло в основу первых спектральных классификаций звёзд.

Главный вклад Гершель сделал в понимание общего устройства Вселенной. Первые же обзоры неба с 20-футовым телескопом открыли перед ним колоссальное обилие неразличимых невооружённым глазом звёзд и крайнюю неравномерность их видимого распределения по небу. Телескоп Гершеля раскрыл природу и самых загадочных в те времена объектов неба - неподвижных «млечных» туманностей. Эти маленькие туманные пятнышки мешали главному делу наблюдателей XVIII в. - поискам новых комет. Знаменитый открыватель новых комет Шарль Мессье в 1781 - 1783 гг. даже опубликовал специальный каталог более сотни таких «помех» - «млечных» пятен, чтобы наблюдатели не принимали их за новые кометы. Каково же было удивление Гершеля, когда в его телескопы многие из туманностей Мессье разложились на кучи звёзд, как бы подтверждая теорию островных вселенных английского астронома Томаса Райта (1711 - 1786). Так звёздная Вселенная постепенно открывала сложную структуру своего устройства.

Необъятный мир, распахнувшийся перед Гершелем, уже невозможно было изучать по старинке, объект за объектом. Чтобы понять его строение, он создал статистический метод звёздных проб - «черпков». Он подсчитывал число звёзд в поле зрения 20-футового телескопа в разных частях неба и по их обилию судил, насколько далеко простирается наша звёздная Вселенная в данном направлении. При этом Гершель сознательно принял грубое допущение о равномерном распределении звёзд в пространстве. Сделав более тысячи таких «черпков», Гершель выявил общую форму Млечного Пути как уплощённой системы звёзд и правильно оценил её сжатие в 1/5. Он обнаружил изолированность нашей системы в пространстве, впервые представшей в виде звёздного «острова». Даже при весьма приблизительных допущениях Гершеля размеры нашей Галактики оказались чудовищно огромными - 850 х 200 единиц - расстояний до Сириуса, равных 8 световым годам (6800 х 1600 световых лет), - и произвели глубокое впечатление на его современников. Здесь, однако, Гершеля и всех его последователей вплоть до 30-х гг. XX столетия ожидал подвох. Наблюдения отдельных звёзд не позволяют достигнуть границ Галактики, в результате чего возникает впечатление центрального положения в ней самого наблюдателя, а значит, и нашего Солнца.

Впервые эту иллюзию разрушил Харлоу Шепли. За год до того Гершель сделал открытие, значительность которого поняли лишь спустя полтора столетия. В 1784 г. во время обзора туманностей из каталога Мессье он убедился, что существуют и туманности особого рода. Гершель открыл свыше 400 новых, в основном намного более слабых, «неразложимых» на звёзды даже его мощным телескопом или «млечных» туманностей. На небе они располагались крайне неравномерно - кучами, а эти кучи и отдельные туманности объединялись в длинные полосы - пласты. Гершель выделил два пласта туманностей, и наиболее заметный из них назвал «пласт Волос Вероники», поскольку именно на это созвездие и соседнее созвездие Девы приходилась наиболее богатая туманностями часть пласта. Кроме того, Гершель отметил его продолжение в некоторых других северных созвездиях - Большой Медведицы, Льва - и указал на то, что его расположение перпендикулярно Млечному Пути. Он допустил, что этот пласт, подобно нашему Млечному Пути, может охватывать кольцом по большому кругу всё небо, продолжаясь в южной полусфере. С гениальной проницательностью он увидел в стремлении туманностей скучиваться и образовывать пласты - характерные структурные черты наблюдаемой Вселенной.

20-футовый телескоп У. Гершеля
Гершель сравнивал эти туманные пласты с геологическими пластами, в которых как бы записана история Земли.

Только в 1953 г., французский астроном Жерар де Вокулёр окончательно установил (видимо, даже не зная о пионерских работах Гершеля), что в характерных пластах, состоящих, как тогда уже было известно, не из туманностей, а из других галактик, содержится экваториальная часть огромной сверхсистемы из десятков тысяч галактик, одной из которых является наша. Гершеля можно назвать первооткрывателем крупномасштабной структуры Вселенной, привлекающей сейчас столь большое внимание космологов.

Дом У. Гершеля в Бате. Здесь была открыта планета Уран
Открытия Гершеля в мире туманностей поистине неисчерпаемы. Три его каталога новых туманностей и звёздных скоплений (1786, 1789 и 1802 гг.) содержали две с половиной тысячи этих объектов, большинство из которых являются, как оказалось, галактиками. Гершель открыл и описал множество форм туманностей, в том числе отметил «кометообразные» туманности, рассматривающиеся в наши дни как важный этап рождения звёзд. Он впервые обратил внимание на существование двойных и кратных туманностей и представил их как реальные физические системы.

Таким образом, Гершель первым высказал идею эволюции космической материи под действием сил гравитации. Так как ему удалось разложить некоторые туманности на звёзды, он считал тогда все их далёкими звёздными системами - «млечными путями» - и потому предложил во избежание путаницы писать название нашей системы с прописных букв - Млечный Путь. Среди отмеченных Гершелем почти 200 двойных и кратных туманностей около половины оказались реальными кратными системами, а 19 (у Гершеля - с перемычками) отнесены сейчас к так называемым взаимодействующим галактикам. Последние повторно были открыты и рассмотрены лишь в XX в, Фрицем Цвикки и особенно подробно - Борисом Александровичем Воронцовым-Вельяминовым. Высказал Гершель и важную идею о том, что в местах случайной повышенной пространственной плотности звёзд должна возникать «скапливающая сила», которая делает дальнейший процесс гравитационного сжатия необратимым. (Эти идеи много позже развил Джеймс Джинс.)

Удивительное открытие Гершель сделал в 1791 г. К тому времени среди огромного разнообразия туманностей он выделил особый класс - туманности в виде маленьких дисков с совершенно равномерным распределением в них слабого зеленоватого свечения. По внешнему виду они напоминали Уран и были названы им планетарными. Сначала Гершель считал их также звёздными системами, причём самыми далёкими. Но когда в 1791 г. он обнаружил подобный объект в Персее (известная ныне планетарная туманность NGC 1514), где в центре бледного диска находилась яркая точка, то сделал правильный вывод: материя вокруг яркого центра - обычной звезды - имеет не звёздную, а диффузную природу. Воображение Гершеля пленила яркая картина, как материя собирается силами тяготения к центру, таким образом формируя центральную звезду. (На самом деле, как сегодня известно, эти туманности расширяются.) Теперь Гершель мог разделить неразложимые «млечные» туманности на «истинные» и «ложные» (далёкие звёздные системы).

Разгадка структуры планетарных туманностей, однако, надолго увела Гершеля от правильного толкования «млечных» туманностей вообще, особенно с яркими ядрами. Он стал объяснять их как формирующиеся звёзды, а в разнообразии форм усматривал различные стадии этого процесса. Несмотря на ошибочность объяснения конкретных объектов, сама идея сыграла большую роль в развитии эволюционных представлений о природе вообще. В астрономии идея развития природы, впервые прозвучавшая в работах Иммануила Канта, благодаря Гершелю укрепилась даже раньше, чем в биологии, где её родоначальником стал Жан Батист Ламарк (1809 г.). Лаплас от издания к изданию корректировал свою космогоническую гипотезу в соответствии с открытиями Гершеля.

Выдвинув такие, казавшиеся в его время смелыми идеи, как пластообразное распределение туманностей, эволюция космической материи и продолжающееся формирование звёзд из диффузной материи, Гершель проявил себя глубоко мыслящим философом.

В последние годы жизни Гершель, наблюдая с 40-футовым телескопом, убедился в недостижимости границ Галактики. Убедился он и в том, что не все млечные туманности - сгустки диффузной материи и что даже самые слабые из них, обнаруженные на пределе видимости, могут быть другими далёкими «млечными путями».

Гершель вёл наблюдения каждую ясную ночь в течение более чем 30 лет и лишь в 1807 г., после тяжёлой болезни, стал отходить от них. Он скончался 23 (по другим источникам - 25) августа 1822 г. «Сломал засовы Небес », - написано на его могильном камне.

Сестра Уильяма Каролина Лукреция Гершель (1750 - 1848) - знаменитейшая женщина-астроном. Она обработала и после смерти брата издала каталог 2500 туманностей и звёздных скоплений Гершеля. Она самостоятельно открыла 8 комет и 14 туманностей.

Знаменитым астрономом был и его сын Джон Фредерик Уильям Гершель (1792-1871), продолживший наблюдения, начатые его отцом. Он также являлся почётным членом Петербургской Академии наук.