William Herschel

Frederick William Herschel, KH, FRS, (tiếng Đức: "Friedrich Wilhelm Herschel"; 15 tháng 11 năm 1738 – 25 tháng 8 năm 1822) là một nhà thiên văn học và nhà soạn nhạc người Anh gốc Đức. Ông thường xuyên cộng tác với em gái và đồng nghiệp là nhà thiên văn học Caroline Herschel. Sinh ra ở Tuyển hầu xứ Hanover, William Herschel theo cha gia nhập quân đội Hanover, trước khi di cư đến Vương quốc Anh năm 1757 ở tuổi 19.
Herschel chế tạo chiếc kính viễn vọng lớn đầu tiên của mình vào năm 1774, sau đó ông đã dành 9 năm để thực hiện các cuộc khảo sát bầu trời nhằm tìm hiểu các ngôi sao đôi. Herschel đã xuất bản các danh mục tinh vân vào năm 1802 (2.500 đối tượng) và năm 1820 (5.000 đối tượng). Khả năng phân giải của kính viễn vọng Herschel tiết lộ rằng nhiều vật thể được gọi là tinh vân trong Thiên thể Messier thực chất là các cụm sao. Vào ngày 13 tháng 3 năm 1781, trong khi quan sát, ông đã ghi chú về một vật thể mới trong chòm sao Gemini. Sau vài tuần xác minh và tham khảo ý kiến ​​của các nhà thiên văn học khác, điều này sẽ được xác nhận là một hành tinh mới, cuối cùng được đặt tên là Sao Thiên Vương. Đây là hành tinh đầu tiên được phát hiện từ thời cổ đại, và Herschel trở nên nổi tiếng chỉ sau một đêm. Kết quả của khám phá này, George III đã bổ nhiệm ông làm Nhà thiên văn học của Tòa án thiên văn học. Ông được bầu làm thành viên của Hiệp hội Hoàng gia và các khoản tài trợ đã được cung cấp để chế tạo kính thiên văn mới.
Herschel đi tiên phong trong việc sử dụng phép đo quang phổ thiên văn, sử dụng lăng kính và thiết bị đo nhiệt độ để đo sự phân bố bước sóng của quang phổ sao. Trong quá trình nghiên cứu này, Herschel đã phát hiện ra bức xạ hồng ngoại. Các công việc khác bao gồm xác định cải thiện chu kỳ quay của Sao Hỏa, khám phá ra rằng các cực của Sao Hỏa thay đổi theo mùa, khám phá Titania và Oberon (các mặt trăng của Sao Thiên Vương) và Enceladus và Mimas (các mặt trăng của Sao Thổ). Herschel được phong Hiệp sĩ của Huân chương Guelphic Hoàng gia vào năm 1816. Ông là Chủ tịch đầu tiên của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia khi nó được thành lập vào năm 1820. Ông qua đời vào tháng 8 năm 1822, và công việc của ông được tiếp tục bởi người con trai duy nhất của ông, John Herschel.
Tiểu sử và các hoạt động âm nhạc.
Herschel sinh ra ở Tuyển hầu xứ Hanover ở Đức, khi đó là một phần của Đế chế La Mã Thần thánh, là một trong mười người con của Issak Herschel và vợ ông, Anna Ilse Moritzen, người Đức gốc Lutheran. Tổ tiên của ông đến từ Pirna, ở Sachsen. Giả thuyết cho rằng họ là những người theo đạo Tin lành từ Bohemia đã bị Hamel nghi ngờ vì họ Herschel đã xuất hiện từ một thế kỷ trước ở chính khu vực mà gia đình sinh sống.
Cha của Herschel là một nghệ sĩ chơi đàn oboist trong Ban nhạc Quân đội Hanover. Năm 1755, trung đoàn Vệ binh Hanover, trong đó có ban nhạc Wilhelm và anh trai Jakob của ông tham gia với tư cách là những người theo chủ nghĩa oboist, được lệnh đến Anh. Vào thời điểm đó, vương miện của Vương quốc Anh và Hanover được thống nhất dưới thời Vua George II. Khi mối đe dọa chiến tranh với Pháp xuất hiện, Vệ binh Hanover được triệu hồi khỏi Anh để bảo vệ Hanover.
Sau khi họ bị đánh bại trong Trận Hastenbeck, cha của Herschel là Isaak đã gửi hai con trai của mình đến tị nạn ở Anh vào cuối năm 1757. Mặc dù anh trai Jakob của ông đã được Lực lượng Vệ binh Hanoverian sa thải, Wilhelm bị buộc tội đào ngũ (vì mà ông đã được George III ân xá vào năm 1782).
Wilhelm, lúc này mười chín tuổi, là một học sinh giỏi tiếng Anh. Ở Anh, ông đã sử dụng phiên bản tiếng Anh của tên mình, Frederick William Herschel.
Ngoài đàn oboe, ông còn chơi vĩ cầm, đàn harpsichord và sau đó là đàn organ. Ông sáng tác nhiều tác phẩm âm nhạc, trong đó có 24 bản giao hưởng và nhiều bản hòa tấu, cũng như một số bản nhạc nhà thờ.
Sáu trong số các bản giao hưởng của ông đã được thu âm vào tháng 4 năm 2002 bởi London Mozart Players, do Matthias Bamert (Chandos 10048) chỉ huy.) 
Herschel chuyển đến Sunderland vào năm 1761 khi Charles Avison mời ông làm nghệ sĩ vĩ cầm và nghệ sĩ độc tấu đầu tiên cho dàn nhạc Newcastle của ông, nơi ông chơi trong một mùa giải. Trong "Sunderland in the County of Durh: apprill [sic] 20th 1761", ông đã viết Bản giao hưởng số 8 cung Đô thứ. Ông là người đứng đầu ban nhạc Dân quân Durham từ năm 1760 đến năm 1761. Ông đến thăm nhà của Ngài Ralph Milbanke tại Halnaby Hall gần Darlington vào năm 1760,  nơi ông viết hai bản giao hưởng, cũng như tự mình biểu diễn. Sau Newcastle, ông chuyển đến Leeds và Halifax, nơi ông là người chơi đàn organ đầu tiên tại nhà thờ St John the Baptist (nay là Halifax Minster).
Năm 1766, Herschel trở thành nghệ sĩ chơi đàn organ của Nhà nguyện Octagon, Bath, một nhà nguyện thời thượng trong một spa nổi tiếng, tại thành phố đó, ông cũng là Giám đốc Ban Hòa nhạc Công cộng. Ông được bổ nhiệm làm nghệ sĩ chơi đàn organ vào năm 1766 và tổ chức buổi hòa nhạc giới thiệu vào ngày 1 tháng 1 năm 1767. Khi đàn organ vẫn chưa hoàn thiện, ông đã thể hiện sự linh hoạt của mình bằng cách biểu diễn các tác phẩm của chính mình bao gồm một bản concerto cho violin, một bản concerto cho đàn oboe và một bản sonata cho đàn harpsichord.
Vào ngày 4 tháng 10 năm 1767, ông biểu diễn đàn organ trong lễ khánh thành chính thức Nhà nguyện Bát giác.
Em gái của ông, Caroline đến Anh vào ngày 24 tháng 8 năm 1772 để sống với William ở Phố New King, Bath.  Ngôi nhà mà họ chia sẻ hiện là địa điểm của Bảo tàng Thiên văn học Herschel. Anh em của Herschel là Dietrich, Alexander và Jakob (1734–1792) cũng xuất hiện với tư cách là nhạc công của Bath. Năm 1780, Herschel được bổ nhiệm làm giám đốc dàn nhạc Bath, cùng với em gái của ông thường xuất hiện với tư cách nghệ sĩ độc tấu giọng nữ cao.
Thiên văn học.
Việc đọc triết học tự nhiên của Herschel trong những năm 1770 không chỉ cho thấy sở thích cá nhân của ông mà còn gợi ý ý định trở nên di động hơn, cả về mặt xã hội và nghề nghiệp. Ông có vị thế thuận lợi để giao du với những "quý ông triết học" hay triết gia thế kỷ 18, với những thị hiếu thực tế và logic đa dạng. Sự tò mò trí tuệ và niềm yêu thích âm nhạc của Herschel cuối cùng đã đưa ông đến với ngành thiên văn học. Sau khi đọc Robert Smith's "Harmonics", hay "Philosophy of Musical Sounds" (1749), ông đọc cuốn "A Compleat System of Opticks" (1738) của Smith, trong đó mô tả các kỹ thuật xây dựng kính thiên văn. Ông cũng đọc Thiên văn học của James Ferguson được giải thích dựa trên các nguyên tắc của Sir Isaac Newton và giúp những người chưa học toán dễ hiểu (1756) và William Emerson's "Các yếu tố của lượng giác" (1749), "Các yếu tố của quang học" (1768) và "Các nguyên lý cơ học" (1754).
Herschel đã học được bài học từ một người thợ chế tạo gương địa phương và đã có được cả công cụ lẫn trình độ chuyên môn, bắt đầu chế tạo kính thiên văn phản xạ của riêng mình. Ông sẽ dành tới 16 giờ mỗi ngày để mài và đánh bóng những chiếc gương chính bằng kim loại mỏ vịt. Ông nhờ đến sự giúp đỡ của các thành viên khác trong gia đình, đặc biệt là chị gái Caroline và anh trai Alexander, một thợ cơ khí lành nghề.
Ông "bắt đầu quan sát các hành tinh và các ngôi sao" vào tháng 5 năm 1773 và vào ngày 1 tháng 3 năm 1774, ông bắt đầu viết nhật ký thiên văn bằng cách ghi lại những quan sát của mình về các vành đai của Sao Thổ và Tinh vân Orion Lớn (M42). Nhà thiên văn học người Anh Royal Nevil Maskelyne đã đến thăm Herschels khi họ đang ở Walcot (họ rời đi vào ngày 29 tháng 9 năm 1777). Đến năm 1779, Herschel cũng đã làm quen với Ngài William Watson, người đã mời ông tham gia Hiệp hội Triết học Bath. Herschel trở thành một thành viên tích cực, và thông qua Watson, mối quan hệ của anh ấy đã được mở rộng đáng kể. Vài năm sau, vào năm 1785, Herschel được bầu làm thành viên quốc tế của Hiệp hội Triết học Hoa Kỳ ở Philadelphia.
Sao đôi.
Công việc quan sát ban đầu của Herschel sớm tập trung vào việc tìm kiếm các cặp sao rất gần nhau về mặt thị giác. Các nhà thiên văn học của thời đại kỳ vọng rằng những thay đổi theo thời gian trong khoảng cách rõ ràng và vị trí tương đối của những ngôi sao này sẽ cung cấp bằng chứng cho cả chuyển động riêng của các ngôi sao và, bằng các dịch chuyển thị sai trong khoảng cách của chúng, cho khoảng cách của các ngôi sao so với Trái đất. Cái sau là một phương pháp đầu tiên được đề xuất bởi Galileo Galilei. Từ khu vườn phía sau ngôi nhà của ông ở Phố New King, Bath, và sử dụng kính viễn vọng Newton có khẩu độ 6,2 inch (160 mm), tiêu cự 7 foot (2,1 m) (f/13) "với mỏ vịt lớn nhất " do chính ông sản xuất, vào tháng 10 năm 1779, Herschel bắt đầu tìm kiếm có hệ thống những ngôi sao như vậy trong số "mọi ngôi sao trên Thiên đường",  với những khám phá mới được liệt kê cho đến năm 1792. Ông sớm phát hiện ra nhiều ngôi sao nhị phân và bội số khác các ngôi sao so với dự kiến, và tổng hợp chúng với các phép đo cẩn thận về vị trí tương đối của chúng trong hai danh mục được trình bày cho Hiệp hội Hoàng gia ở London vào năm 1782 (269 hệ kép hoặc nhiều hệ) và 1784 (434 hệ). Danh mục thứ ba gồm các khám phá được thực hiện sau năm 1783 được xuất bản năm 1821 (145 hệ thống).
Mục sư John Michell của Thornhill đã xuất bản công trình vào năm 1767 về sự phân bố của các sao đôi, và vào năm 1783 về "các ngôi sao tối", có thể đã ảnh hưởng đến Herschel. Sau khi Michell qua đời vào năm 1793, Herschel đã mua một chiếc kính thiên văn phản xạ dài 30 inch, dài 10 foot từ điền trang của Michell.
Năm 1797, Herschel đã đo lại nhiều hệ thống và phát hiện ra những thay đổi ở vị trí tương đối của chúng mà không thể quy cho thị sai do quỹ đạo của Trái đất gây ra. Ông đợi đến năm 1802 (trong Danh mục 500 Tinh vân mới, Tinh vân sao, Tinh vân hành tinh và Cụm sao; với Nhận xét về Cấu tạo của Thiên đường) để công bố giả thuyết rằng hai ngôi sao có thể là "hệ thống thiên văn nhị phân" quay quanh nhau. lực hấp dẫn, một giả thuyết được ông xác nhận vào năm 1803 trong Bản tường thuật về những thay đổi đã xảy ra trong 25 năm qua, trong Tình huống tương đối của các ngôi sao đôi; với một cuộc Điều tra về Nguyên nhân mà họ mắc phải.  Tổng cộng, Herschel đã khám phá ra hơn 800 hệ thống sao đôi hoặc nhiều sao đã được xác nhận, hầu hết tất cả chúng đều là các cặp sao vật lý chứ không phải cặp quang học. Công trình lý thuyết và quan sát của ông đã cung cấp nền tảng cho thiên văn học sao đôi hiện đại;  các danh mục mới bổ sung cho công trình của ông đã không được xuất bản cho đến sau năm 1820 bởi Friedrich Wilhelm Struve, James South và John Herschel.
Sao Thiên Vương.
Vào tháng 3 năm 1781, trong quá trình tìm kiếm các ngôi sao đôi, Herschel nhận thấy một vật thể xuất hiện dưới dạng một chiếc đĩa. Herschel ban đầu nghĩ đó là một sao chổi hoặc một đĩa sao mà ông tin rằng mình có thể giải quyết được. Ông báo cáo việc nhìn thấy cho Nevil Maskelyne Nhà thiên văn học Hoàng gia. Ông đã thực hiện nhiều quan sát hơn nữa về nó, và sau đó Viện sĩ người Nga Anders Lexell đã tính toán quỹ đạo và nhận thấy nó có thể là một hành tinh.
Herschel đồng ý và xác định rằng nó phải là một hành tinh nằm ngoài quỹ đạo của Sao Thổ. Ông gọi hành tinh mới này là "ngôi sao Georgia" (Georgium sidus) theo tên Vua George III, điều này cũng mang lại cho ông sự ưu ái; cái tên không dính vào. Ở Pháp, nơi tránh nhắc đến vua Anh nếu có thể, hành tinh này được gọi là "Herschel" cho đến khi cái tên "Sao Thiên Vương" được sử dụng phổ biến. Cùng năm đó, Herschel được trao Huân chương Copley và được bầu làm thành viên của Hiệp hội Hoàng gia. Năm 1782, ông được bổ nhiệm làm "Nhà thiên văn học của nhà vua" (đừng nhầm với Nhà thiên văn học Hoàng gia).
Vào ngày 1 tháng 8 năm 1782 Herschel và em gái Caroline chuyển đến Datchet (lúc đó ở Buckinghamshire nhưng bây giờ ở Berkshire). Ở đó, ông tiếp tục công việc của mình với tư cách là nhà thiên văn học và nhà sản xuất kính thiên văn. Ông đã đạt được danh tiếng quốc tế về sản xuất của họ, bán được hơn 60 gương phản xạ đã hoàn thành cho các nhà thiên văn học người Anh và lục địa.
Khảo sát bầu trời sâu.
Từ 1782 đến 1802, và mạnh mẽ nhất là từ 1783 đến 1790, Herschel đã tiến hành các cuộc khảo sát có hệ thống để tìm kiếm các vật thể "bầu trời sâu" hoặc không phải sao với hai vật thể có tiêu cự 20 foot (610 cm), 12 và 18,7- kính thiên văn khẩu độ inch (30 và 47 cm) (kết hợp với thiết bị khẩu độ 6 inch ưa thích của ông). Loại trừ các mục trùng lặp và "bị mất", Herschel cuối cùng đã phát hiện ra hơn 2.400 vật thể được ông định nghĩa là tinh vân. (Vào thời điểm đó, tinh vân là thuật ngữ chung cho bất kỳ vật thể thiên văn nào có khả năng khuếch tán trực quan, bao gồm các thiên hà ngoài Dải Ngân hà, cho đến khi các thiên hà được Edwin Hubble xác nhận là hệ thống ngoài thiên hà vào năm 1924.)
Herschel đã xuất bản những khám phá của mình thành ba danh mục: "Danh mục một nghìn tinh vân mới và cụm sao" (1786), "Danh mục một nghìn tinh vân mới và cụm sao mới" (1789) và "Danh mục 500 tinh vân" mới được trích dẫn trước đây ... (1802) ). Ông sắp xếp những khám phá của mình thành tám "lớp": (I) tinh vân sáng, (II) tinh vân mờ, (III) tinh vân rất mờ, (IV) tinh vân hành tinh, (V) tinh vân rất lớn, (VI) các cụm rất nén và phong phú. của các ngôi sao, (VII) các cụm sao nhỏ và lớn [mờ và sáng] bị nén lại, và (VIII) các cụm sao phân tán thô. Những khám phá của Herschel được bổ sung bởi Caroline Herschel (11 vật thể) và con trai ông John Herschel (1754 vật thể) và được ông xuất bản dưới dạng Danh mục chung về Tinh vân và Quần tinh vào năm 1864. Danh mục này sau đó được John Dreyer biên tập, bổ sung thêm những khám phá của nhiều người. các nhà thiên văn học khác ở thế kỷ 19, và được xuất bản vào năm 1888 dưới dạng "Danh mục chung mới" (viết tắt NGC) gồm 7.840 vật thể sâu trong bầu trời. Việc đánh số NGC vẫn là nhãn nhận dạng được sử dụng phổ biến nhất cho các mốc thiên văn này.
Những khám phá của Herschel sau này được biên soạn trong "Danh mục chung mới" bao gồm NGC 12, NGC 13, NGC 14, NGC 16, NGC 23, NGC 24, NGC 1357 và NGC 7457.
Làm việc với em gái Caroline Herschel.
Sau cái chết của cha họ, William đề nghị Caroline cùng anh đến Bath, Anh. Năm 1772, Caroline lần đầu tiên được anh trai giới thiệu về thiên văn học.
Caroline đã dành nhiều giờ để đánh bóng gương của kính thiên văn hiệu suất cao để lượng ánh sáng thu được là tối đa. Cô cũng sao chép các danh mục thiên văn và các ấn phẩm khác cho William. Sau khi William nhận chức Nhà thiên văn học của Nhà vua cho George III, Caroline trở thành trợ lý thường xuyên của ông.
Vào tháng 10 năm 1783, một chiếc kính thiên văn dài 20 feet mới được đưa vào sử dụng cho William. Trong thời gian này, William cố gắng quan sát và ghi lại tất cả những quan sát được. Ông phải chạy vào trong và để mắt làm quen với ánh sáng nhân tạo trước khi có thể ghi lại bất cứ điều gì, và sau đó ông sẽ phải đợi cho đến khi mắt quen với bóng tối rồi mới có thể quan sát lại. Caroline trở thành máy ghi âm của ông khi ngồi ở bàn làm việc gần cửa sổ đang mở. William sẽ hét lên những quan sát của ông và bà sẽ viết chúng ra cùng với bất kỳ thông tin nào ông cần từ một cuốn sách tham khảo.
Caroline bắt đầu có những khám phá thiên văn theo cách riêng của mình, đặc biệt là sao chổi. Năm 1783, William chế tạo cho cô một chiếc kính thiên văn phản xạ Newton nhỏ, có tay cầm để quét bầu trời theo phương thẳng đứng. Trong khoảng thời gian từ 1783 đến 1787, bà đã thực hiện một khám phá độc lập về M110 (NGC 205), là thiên hà đồng hành thứ hai của Thiên hà Andromeda. Trong những năm 1786–1797, bà đã phát hiện và quan sát được tám sao chổi. Cô đã tìm thấy 14 tinh vân mới và, theo gợi ý của anh trai bà, đã cập nhật và sửa chữa công trình của Flamsteed mô tả chi tiết vị trí của các ngôi sao. Bà cũng đã khám phá lại sao chổi Encke vào năm 1795.
Tám sao chổi của Caroline Herschel được xuất bản từ ngày 28 tháng 8 năm 1782 đến ngày 5 tháng 2 năm 1787. Năm sao chổi của bà được xuất bản trên tạp chí "Philosophical Transactions of the Royal Society". William thậm chí còn được triệu tập đến Lâu đài Windsor để giới thiệu sao chổi của Caroline với gia đình hoàng gia. William đã tự mình ghi lại hiện tượng này và gọi nó là "Sao chổi của em tôi". Bà đã viết thư cho Nhà thiên văn học Hoàng gia để thông báo về việc phát hiện ra sao chổi thứ hai của mình và viết cho Joseph Banks khi phát hiện ra sao chổi thứ ba và thứ tư.
Danh mục các ngôi sao lấy từ quan sát của ông Flamsteed có chứa hơn 560 ngôi sao chưa được đưa vào trước đây. Caroline Herschel được Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia vinh danh vì công trình này vào năm 1828.
Caroline cũng tiếp tục làm trợ lý cho William Herschel, thường xuyên ghi chép khi ông quan sát qua kính thiên văn. Với công việc trợ lý của William, cô đã được George III trả mức lương hàng năm là 50 bảng Anh. Việc bổ nhiệm bà đã khiến bà trở thành người phụ nữ đầu tiên ở Anh được vinh danh vào một vị trí trong chính phủ. Nó cũng khiến bà trở thành người phụ nữ đầu tiên được trả lương với tư cách là nhà thiên văn học.
Vào tháng 6 năm 1785, do điều kiện ẩm ướt, William và Caroline chuyển đến Clay Hall ở Old Windsor. Vào ngày 3 tháng 4 năm 1786, gia đình Herschels chuyển đến nơi ở mới trên đường Windsor ở Slough. Herschel sống phần còn lại của cuộc đời mình tại dinh thự này, nơi được gọi là Nhà quan sát. Nó bị phá bỏ vào năm 1963.
Cuộc hôn nhân của William Herschel năm 1788 đã gây ra nhiều căng thẳng trong mối quan hệ anh chị em. Caroline được coi là một người phụ nữ cay nghiệt, ghen tuông, tôn thờ anh trai mình và phẫn nộ với chị dâu vì đã xâm phạm cuộc sống gia đình của bà. Với sự xuất hiện của Mary, Caroline mất đi trách nhiệm quản lý và xã hội trong gia đình, cùng với đó là phần lớn địa vị của cô. Caroline đã hủy các cuốn nhật ký của mình trong khoảng thời gian từ 1788 đến 1798, vì vậy cảm xúc của bà trong thời kỳ này không hoàn toàn được biết đến. Theo hồi ký của mình, Caroline sau đó chuyển đến chỗ ở riêng, nhưng vẫn tiếp tục làm trợ lý cho anh trai bà. Khi anh trai bà và gia đình ông vắng nhà, bà thường trở về để chăm sóc nó cho họ. Trong cuộc sống sau này, Caroline và Lady Herschel đã trao đổi những bức thư đầy tình cảm.
Caroline tiếp tục công việc nghiên cứu thiên văn của mình sau khi William qua đời vào năm 1822. Bà đã làm việc để xác minh và xác nhận những phát hiện của ông cũng như tập hợp các danh mục tinh vân. Về cuối đời, bà đã sắp xếp hai nghìn rưỡi tinh vân và cụm sao thành các vùng có khoảng cách cực tương tự nhau. Bà làm điều này để cháu trai bà, John, có thể xem xét lại chúng một cách có hệ thống. Cuối cùng, danh sách này đã được mở rộng và đổi tên thành "Danh mục tổng hợp mới". Năm 1828, bà được trao Huy chương Vàng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia cho công trình của mình.
Kính thiên văn Herschel.
Loại kính thiên văn phổ biến nhất vào thời điểm đó là kính thiên văn khúc xạ, liên quan đến sự khúc xạ ánh sáng qua một ống sử dụng thấu kính lồi. Thiết kế này có hiện tượng quang sai màu, hiện tượng biến dạng hình ảnh do ánh sáng có bước sóng thành phần khác nhau không hội tụ được. Chuyên gia nhãn khoa John Dollond (1706–1761) đã cố gắng khắc phục sự biến dạng này bằng cách kết hợp hai thấu kính riêng biệt, nhưng vẫn khó đạt được độ phân giải tốt cho các nguồn sáng ở xa.
Kính thiên văn phản xạ, được phát minh bởi Isaac Newton vào năm 1668, sử dụng một gương lõm thay vì một thấu kính lồi. Điều này tránh quang sai màu. Gương lõm thu được nhiều ánh sáng hơn thấu kính, phản chiếu nó lên một tấm gương phẳng ở cuối kính thiên văn để quan sát. Một chiếc gương nhỏ hơn có thể mang lại độ phóng đại lớn hơn và trường nhìn rộng hơn so với thấu kính lồi. Chiếc gương đầu tiên của Newton có đường kính 1,3 inch; những chiếc gương như vậy hiếm khi có đường kính lớn hơn 3 inch.
Do khả năng phản xạ kém của các gương làm bằng kim loại mỏ vịt, Herschel đã loại bỏ gương chéo nhỏ của một gương phản xạ newton tiêu chuẩn khỏi thiết kế của mình và nghiêng gương chính để có thể quan sát trực tiếp hình ảnh được tạo thành. Thiết kế "nhìn từ phía trước" này được gọi là kính thiên văn Herschelian.
Việc tạo ra những tấm gương đối xứng lớn hơn là vô cùng khó khăn. Bất kỳ sai sót nào cũng sẽ dẫn đến hình ảnh bị mờ. Bởi vì không có ai khác chế tạo những chiếc gương có kích thước và độ phóng đại như Herschel mong muốn nên ông quyết định tự chế tạo chiếc gương của riêng mình. Đây không phải là một công việc nhỏ. Ông được em gái Caroline và các thành viên khác trong gia đình giúp đỡ. Caroline Herschel mô tả sự đổ của một tấm gương có tiêu cự 30 foot:Một ngày được dành ra để đúc, và kim loại đã ở trong lò, nhưng không may là nó bắt đầu rò rỉ vào lúc chuẩn bị đổ, và cả anh tôi và người thợ đúc cùng với người của anh ta buộc phải chạy ra cửa đối diện, vì sàn đá (đáng lẽ phải được nâng lên) bay tứ tung, cao tới tận trần nhà. Người anh tội nghiệp của tôi ngã xuống, kiệt sức vì nóng nực và kiệt sức, trên một đống gạch vụn. Trước khi thử đúc lần thứ hai, mọi thứ có thể đảm bảo thành công đã được chuẩn bị kỹ lưỡng và một kim loại rất hoàn hảo đã được tìm thấy trong khuôn, thứ đã bị nứt khi làm mát.
— Caroline HerschelHerschel được cho là đã đúc, mài và đánh bóng hơn 400 chiếc gương cho kính viễn vọng, có kích thước khác nhau với đường kính từ 6 đến 48 inch. Herschel và các trợ lý của ông đã chế tạo và bán được ít nhất 60 kính thiên văn hoàn chỉnh với nhiều kích cỡ khác nhau. Tiền hoa hồng cho việc chế tạo và bán gương và kính thiên văn đã mang lại cho Herschel một nguồn thu nhập bổ sung. Vua Tây Ban Nha được cho là đã trả 3.150 bảng Anh cho một chiếc kính thiên văn.
Một phần thiết yếu của việc chế tạo và bảo trì kính thiên văn là mài và đánh bóng gương của chúng. Việc này phải được thực hiện nhiều lần bất cứ khi nào gương bị biến dạng hoặc bị xỉn màu trong quá trình sử dụng. Cách duy nhất để kiểm tra độ chính xác của một chiếc gương là sử dụng nó.
Kính viễn vọng 40 foot.
"Xem thêm: kính viễn vọng 40 foot"
Kính thiên văn lớn nhất và nổi tiếng nhất của Herschel là kính thiên văn phản xạ với gương chính có đường kính 491⁄2 inch (1,26 m) và tiêu cự 40 foot (12 m). Vào thời điểm đó, kính thiên văn dài 40 foot là thiết bị khoa học lớn nhất từng được chế tạo. Nó được ca ngợi là thành tựu của "sự kiên trì và lòng nhiệt thành của con người đối với nền khoa học cao siêu nhất".
Năm 1785 Herschel tiếp cận Vua George để xin tiền trang trải chi phí chế tạo kính viễn vọng 40 feet. Ông nhận được 4.000 bảng Anh. Nếu không có sự bảo trợ của hoàng gia, kính viễn vọng không thể được tạo ra. Như vậy, phải mất 5 năm và vượt quá ngân sách.
Ngôi nhà của Herschel ở Slough đã trở thành nơi tranh giành giữa "lao động và công nhân, thợ rèn và thợ mộc". Một ống kính thiên văn dài 40 feet phải được đúc bằng sắt. Cái ống đủ lớn để đi qua. Các tấm gương được làm từ kim loại Speculum, hỗn hợp giữa đồng và thiếc. Chúng có đường kính gần 4 feet (1,2 m) và nặng 1.000 pound (450 kg). Khi chiếc đĩa đầu tiên bị biến dạng do trọng lượng của nó, chiếc đĩa thứ hai dày hơn được làm với hàm lượng đồng cao hơn. Những chiếc gương phải được đánh bóng bằng tay, một quá trình tỉ mỉ. Một chiếc gương được đưa vào kính thiên văn nhiều lần và lại được lấy ra để đảm bảo rằng nó được tạo hình đúng cách. Khi gương bị biến dạng hoặc bị xỉn màu thì phải loại bỏ, đánh bóng lại và thay thế vào bộ máy. Một bệ xoay khổng lồ được chế tạo để hỗ trợ kính thiên văn, cho phép các trợ lý định vị lại nó khi quá trình quét diễn ra. Một bệ gần đầu ống cho phép người xem nhìn xuống ống và xem hình ảnh thu được.
Năm 1789, ngay sau khi thiết bị này đi vào hoạt động, Herschel đã phát hiện ra một mặt trăng mới của Sao Thổ: Mimas, chỉ có đường kính 250 dặm (400 km). Việc phát hiện ra mặt trăng thứ hai (Enceladus) diễn ra sau đó, trong tháng quan sát đầu tiên.
Kính viễn vọng 40 foot (12 mét) tỏ ra rất cồng kềnh, và mặc dù kích thước của nó không hiệu quả lắm trong việc hiển thị hình ảnh rõ ràng hơn. Những đổi mới công nghệ của Herschel đã đưa ông đến giới hạn của những gì có thể với công nghệ vào thời của ông. Gương 40 foot sẽ không được cải thiện cho đến khi thời Victoria phát triển các kỹ thuật chế tạo chính xác những chiếc gương lớn, chất lượng cao. William Herschel thất vọng với nó. Hầu hết các quan sát của Herschel được thực hiện với một gương phản xạ nhỏ hơn 18,5 inch (47 cm), tiêu cự 20 foot (6,1 m). Tuy nhiên, chiều dài 40 foot đã thu hút trí tưởng tượng của công chúng. Nó đã truyền cảm hứng cho các nhà khoa học và nhà văn bao gồm Erasmus Darwin và William Blake, đồng thời gây ấn tượng với khách du lịch nước ngoài và các quan chức Pháp. Vua George hài lòng.
Herschel đã phát hiện ra rằng các khẩu độ kính thiên văn không được lấp đầy có thể được sử dụng để thu được độ phân giải góc cao, một thứ đã trở thành cơ sở thiết yếu cho hình ảnh giao thoa kế trong thiên văn học (đặc biệt là giao thoa kế che khẩu độ và siêu kính thiên văn).
Tái thiết kính viễn vọng 20 foot.
Vào năm 2012, chương trình truyền hình BBC "Stargazing Live" đã xây dựng một bản sao của kính thiên văn dài 20 foot bằng kế hoạch ban đầu của Herschel nhưng sử dụng vật liệu hiện đại. Nó được coi là một bản sao gần đúng hiện đại hơn là một bản sao chính xác. Một chiếc gương kính hiện đại đã được sử dụng, khung sử dụng giàn giáo kim loại và phần ống là ống thoát nước. Kính thiên văn đã được trình chiếu trong chương trình vào tháng 1 năm 2013 và nằm trong khuôn viên Nghệ thuật, Thiết kế và Công nghệ của Đại học Derby, nơi nó sẽ được sử dụng cho mục đích giáo dục.
Sự sống trên các thiên thể khác.
Herschel chắc chắn rằng ông đã tìm thấy nhiều bằng chứng về sự sống trên Mặt trăng và so sánh nó với vùng nông thôn nước Anh. Ông đã không kiềm chế mình đưa ra giả thuyết rằng các hành tinh khác đều có dân cư sinh sống, với mối quan tâm đặc biệt đến sao Hỏa, điều này phù hợp với hầu hết các nhà khoa học đương thời của ông. Vào thời của Herschel, các nhà khoa học có xu hướng tin vào sự đa dạng của các thế giới văn minh; ngược lại, hầu hết các nhà tư tưởng tôn giáo đều đề cập đến những đặc tính độc đáo của Trái đất. Herschel còn đi xa hơn khi suy đoán rằng phần bên trong của Mặt trời có dân cư sinh sống.
Vết đen mặt trời, khí hậu và năng suất lúa mì.
Herschel đã kiểm tra mối tương quan giữa sự biến thiên của mặt trời, chu kỳ mặt trời và khí hậu. Trong khoảng thời gian 40 năm (1779–1818), Herschel thường xuyên quan sát các vết đen mặt trời và sự thay đổi về số lượng, hình dạng và kích thước của chúng. Hầu hết các quan sát của ông diễn ra trong thời kỳ hoạt động của mặt trời thấp, Cực tiểu Dalton, khi các vết đen có số lượng tương đối ít. Đây là một trong những lý do tại sao Herschel không thể xác định khoảng thời gian 11 năm tiêu chuẩn trong hoạt động của mặt trời. Herschel đã so sánh những quan sát của mình với chuỗi giá lúa mì do Adam Smith xuất bản trong The Wealth of Nations.
Năm 1801, Herschel báo cáo phát hiện của mình cho Hiệp hội Hoàng gia và chỉ ra 5 giai đoạn kéo dài của một số vết đen mặt trời tương quan với giá lúa mì. Nghiên cứu của Herschel bị một số người cùng thời chế nhạo nhưng đã bắt đầu những nỗ lực tiếp theo để tìm ra mối tương quan. Cuối thế kỷ 19, William Stanley Jevons đã đề xuất chu kỳ 11 năm với ý tưởng cơ bản của Herschel về mối tương quan giữa số lượng vết đen mặt trời thấp và sản lượng thấp hơn giải thích cho sự bùng nổ và suy thoái định kỳ của nền kinh tế.
Suy đoán của Herschel về mối liên hệ giữa các vết đen mặt trời và khí hậu khu vực, sử dụng giá thị trường của lúa mì làm đại diện, tiếp tục được trích dẫn. Theo một nghiên cứu, ảnh hưởng của hoạt động mặt trời thực sự có thể được nhìn thấy trên thị trường lúa mì lịch sử ở Anh trong mười chu kỳ mặt trời từ năm 1600 đến 1700. Việc đánh giá này đang gây tranh cãi và tầm quan trọng của mối tương quan bị một số nhà khoa học nghi ngờ.
Những khám phá tiếp theo.
Trong sự nghiệp sau này của mình, Herschel đã phát hiện ra hai vệ tinh của Sao Thổ, Mimas và Enceladus; cũng như hai vệ tinh của Sao Thiên Vương, Titania và Oberon. Ông không đặt tên cho những vệ tinh này; chúng được con trai ông là John đặt tên lần lượt vào năm 1847 và 1852 sau khi ông qua đời. Herschel đã đo độ nghiêng dọc trục của Sao Hỏa và phát hiện ra rằng các chỏm băng trên Sao Hỏa, lần đầu tiên được quan sát bởi Giovanni Domenico Cassini (1666) và Christiaan Huygens (1672), đã thay đổi kích thước theo các mùa trên hành tinh đó. Có ý kiến cho rằng Herschel đã khám phá ra các vành đai xung quanh Sao Thiên Vương.
Herschel đã giới thiệu nhưng không tạo ra từ "tiểu hành tinh", có nghĩa là giống ngôi sao (từ tiếng Hy Lạp asteroeides, aster "sao" + -eidos "dạng, hình dạng"), vào năm 1802 (ngay sau khi Olbers phát hiện ra hành tinh nhỏ thứ hai , 2 Pallas, vào cuối tháng 3), để mô tả hình dáng giống như ngôi sao của các vệ tinh nhỏ của các hành tinh khổng lồ và của các hành tinh nhỏ; tất cả các hành tinh đều hiển thị đĩa, bằng cách so sánh. Vào những năm 1850, 'tiểu hành tinh' đã trở thành một thuật ngữ tiêu chuẩn để mô tả một số hành tinh nhỏ.
Từ việc nghiên cứu chuyển động riêng của các ngôi sao, Herschel lần đầu tiên chứng minh bản chất và mức độ của chuyển động mặt trời vào năm 1783, cùng với việc lần đầu tiên xác định hướng của đỉnh mặt trời tới Lambda Herculis, chỉ cách 10° so với vị trí được chấp nhận ngày nay.
Herschel cũng nghiên cứu cấu trúc của Dải Ngân hà và là người đầu tiên đề xuất mô hình thiên hà dựa trên quan sát và đo lường. Ông kết luận rằng nó có hình dạng một cái đĩa, nhưng lại cho rằng Mặt trời nằm ở trung tâm của cái đĩa một cách sai lầm. Quan điểm nhật tâm này cuối cùng đã được thay thế bằng thuyết thiên hà nhờ công trình của Harlow Shapley, Heber Doust Curtis và Edwin Hubble vào thế kỷ 20. Cả ba người đàn ông đều sử dụng những kính thiên văn có tầm xa và chính xác hơn đáng kể so với của Herschel.
Khám phá bức xạ hồng ngoại trong ánh sáng mặt trời.
Đầu năm 1800, Herschel đang thử nghiệm các bộ lọc khác nhau để ánh sáng mặt trời xuyên qua và nhận thấy rằng các bộ lọc có màu sắc khác nhau dường như tạo ra lượng nhiệt khác nhau. Ông quyết định cho ánh sáng truyền qua lăng kính để đo các màu sắc khác nhau của ánh sáng bằng nhiệt kế, và trong quá trình đó, ông đã thực hiện một phép đo ngay bên ngoài đầu đỏ của quang phổ khả kiến. Ông phát hiện nhiệt độ cao hơn một độ so với ánh sáng đỏ. Thí nghiệm sâu hơn dẫn đến kết luận của Herschel rằng phải có một dạng ánh sáng vô hình ngoài quang phổ khả kiến. Ông công bố những kết quả này vào tháng 4 năm 1800.
Sinh vật học.
Herschel đã sử dụng kính hiển vi để chứng minh rằng san hô không phải là thực vật – như nhiều người thời đó tin tưởng – vì nó thiếu thành tế bào đặc trưng của thực vật. Trên thực tế, nó là một loài động vật, động vật không xương sống ở biển.
Gia đình và qua đời.
Vào ngày 8 tháng 5 năm 1788, William Herschel kết hôn với góa phụ Mary Pitt (nhũ danh Baldwin) tại Nhà thờ St Laurence, Upton ở Slough. Họ có một người con, John, sinh ra tại Nhà quan sát vào ngày 7 tháng 3 năm 1792. Xuất thân cá nhân của William và sự vươn lên như một nhà khoa học đã có tác động sâu sắc đến việc nuôi dạy con trai và các cháu của ông. Ông được bầu làm Thành viên danh dự nước ngoài của Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Hoa Kỳ năm 1788. Năm 1816, William được Hoàng tử Nhiếp chính phong tước Hiệp sĩ của Huân chương Guelphic Hoàng gia và được phong danh hiệu danh dự 'Sir' mặc dù danh hiệu này không tương đương với tước hiệu hiệp sĩ chính thức của Anh. Ông đã giúp thành lập Hiệp hội Thiên văn London vào năm 1820, Hiệp hội này nhận được hiến chương hoàng gia vào năm 1831 và trở thành Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia. Năm 1813, ông được bầu làm thành viên nước ngoài của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển.
Vào ngày 25 tháng 8 năm 1822, Herschel qua đời tại Nhà quan sát, Đường Windsor, Slough, sau một thời gian dài bị bệnh. Ông được chôn cất tại Nhà thờ St Laurence, Upton, Slough gần đó. Văn bia của Herschel làCoelorum perrupit claustra
(Ông đã vượt qua các rào cản của thiên đàng) Caroline vô cùng đau buồn trước cái chết của ông, và ngay sau khi chôn cất ông, bà trở về Hanover, một quyết định mà sau này bà hối hận. Cô ấy đã sống ở Anh được năm mươi năm. Mối quan tâm của bà phù hợp hơn nhiều với cháu trai John Herschel, cũng là một nhà thiên văn học, hơn là với gia đình còn sống của bà ở Hanover. Cô tiếp tục làm việc trong việc tổ chức và lập danh mục các tinh vân, tạo ra thứ mà sau này trở thành nền tảng của Danh mục chung mới. Bà qua đời vào ngày 9 tháng 1 năm 1848.
Kỷ niệm.
William Herschel sống phần lớn cuộc đời mình ở thị trấn Slough, sau đó ở Buckinghamshire (nay thuộc Berkshire). Ông qua đời trong thị trấn và được chôn cất dưới tháp của Nhà thờ St Laurence, Upton-cum-Chalvey, gần Slough.
Herschel đặc biệt được vinh danh ở Slough và có một số đài tưởng niệm ông cũng như những khám phá của ông. Năm 2011, một trạm xe buýt mới, thiết kế lấy cảm hứng từ thí nghiệm hồng ngoại của William Herschel, đã được xây dựng ở trung tâm Slough.
John Keats ám chỉ đến việc Herschel phát hiện ra Sao Thiên Vương trong bài sonnet "Lần đầu tiên nhìn vào Chapman's Homer": "Sau đó, tôi cảm thấy mình giống như một người quan sát bầu trời nào đó / Khi một hành tinh mới bơi vào tầm mắt của anh ấy." Theo Richard Holmes, Keats "chọn việc phát hiện ra Sao Thiên Vương, 35 năm trước, là một trong những khoảnh khắc quyết định của thời đại."
Ngôi nhà của ông ở số 19 phố New King ở Bath, Somerset, nơi ông chế tạo nhiều kính thiên văn và lần đầu tiên quan sát Sao Thiên Vương, hiện là nơi đặt Bảo tàng Thiên văn học Herschel.
Có một đài tưởng niệm gần màn hợp xướng ở Tu viện Westminster.
Tác phẩm âm nhạc.
Các tác phẩm âm nhạc hoàn chỉnh của Herschel như sau:
Nhiều tác phẩm thanh nhạc khác nhau bao gồm "Te Deum", thánh vịnh, ca khúc và thánh ca thiêng liêng cùng với một số bài hát.
Bàn phím hoạt động cho đàn organ và đàn harpsichord: