威廉·赫歇尔的恒星天文学

zhangzijun

威廉·赫歇尔的恒星天文学

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赫歇瞎雹行尔最早研究了成双的恒星——双星，他很关注彼此靠得极近的两颗恒星，其实大约一个半世纪以前有人已发现这种成对的恒星。当时人们认为这些星之所以靠得那么近，是因为它们几乎恰好位于同一条视线方向上，而实际上，“双星”中两颗恒星相距很远。倘若情况真如此，那么，与较远的那颗星相比，较近的这一颗就应该显示出视差位移。无疑，有时情况正是如此。赫歇尔对此作了大量观测，发现两颗星都未显示出视差位移的现象。根据它们的运动方式，赫歇尔作出这样的结论“它们不是看上去粘在一起，而且实际上也的确靠得很近。”直至1793年，在念抓助格鱼短味大量观测的基础上，凯教怕止目土相他确信成对的两颗恒星是在相互绕转。赫歇尔一生共发现了800多对这样的“双星”——他这样称呼它们，这个名称沿用至今。赫歇尔非常仔细地观测了那些光度有变化的恒星，他是第一个系统地报道变星的人。
从1781年到1782年的冬天，赫歇尔对星云基本构成的研究兴趣愈发浓厚。经反复仔细观测，他发现，他的高倍率望远镜能够辨别出几个星云团中的恒星个体。这一发现使观测者认为，星云之所以看过去是一片白茫茫的东西，是由于观测的装备不够先进，只要有更精良的观测设，他们一定能分辨出其他星云里的恒星。这项发现促使赫歇尔在1784协年和1785年提出所有的星云都是由恒星组成的理论。其主要内容是：不必再用发光的奇妙流体来解释星云了，存在不能解析的星云是因为它们离我们太遥远的缘故；赫歇尔提出存在着由众多恒星聚集为巨大天体的假设。
赫歇尔当时通过把恒星密集的球状星团和疏散的星团做比较，发现这种结构形式还至力补钟标律识社可以显示出引力作用的大小。他提出推论，经过一段时间后，疏散星团必然会集中形成一个密集肆升的星团和几个更紧密的星团。也就是说，恒星疏散的星团是由于星团处于早期发展阶段，而恒星密路集的星团则属于星团的先时约那简答晚期阶段。因此，赫歇尔提出天体有“时间的变化”（即演化的），这一说法后来成为一个基本的科学概念。1785年，赫歇尔还发表了自己的天体演化理论。他指出，在广阔无垠的太空中，恒星最初是分散的，但随着引力的作用，渐渐聚集起来，形成更加密集的星团。
观测恒星
伽利略刚刚把望远镜指向夜空，就发现了很多用肉眼看不见的恒星，银河那白茫茫的光带原来充满了恒星。后来，赫歇尔把望远镜每改良一次，就能发现一大批更多、更暗的恒星。他通过对星空所做的系统观察发现，恒星在有些方向上多，有些方向上少。但他并不满足于这种定性的判断。1784判侵变老年，赫歇尔决心要数一数天上的星星究竟有多少，并且想了解在不同的地方，星星的数目究竟是怎样分布的。要数清天上的星星，那可不是一件容易的事。耐心的赫歇尔首先把天空均匀分成几百个区域，然后数出每一个区域中用望远镜能看到的恒星。结守整军省续果，赫歇尔发现，越靠近夜空中的那条乳白色的光带一一银河，每单位面积上的恒星数目就越六天列增条黄题吃多，在银河的方向上达到最大值，而在与银河平面垂直的方向上，星星数目最少。
对于这种现象应该怎样解释呢？赫歇尔经过研究分析认为，恒星均匀地分布在形状如一个“透镜”或者一块“磨盘”那样的空间里，而我们的太阳系可能大约位于靠近中心的地方。而地球人朝着“透镜”直径方向看去，便可以看到一些较近的，因而较暗的星星，在外面是数目更多的更远的更暗的星。而大量十分遥远的星星由于亮度太暗、肉眼不可能一一分辨出来，只能看到白茫茫的光带，即银河。赫歇尔就是这样，用统计恒星数目的方法证实银河系为扁平状圆盘的假说。他开创了对银河系结构的研究，绘制了第一张银河截面图。
“在这个运动的宇宙里磨哗，为什么只有太阳一个是静止的呢？”赫歇尔在1783年就是抱着这样一个想法，开始研究太阳的空间运动状况的。远在公元八世纪初，中国唐代杰出的天文学家一行把自己测量的恒星位置与汉代测量的位置相比较，发现有变化。但他没有对此现象做出解释。1000多年后，英国天文学家哈雷用同样的方法（即参照古代记载的恒星位置），发现天狼星，大角和毕宿五这3颗亮星有了明显的移动。为了研究的方便，人们把恒星的空间运动分成两个分量一个是视向速度，它在视线方向；一个是切向速度（即与视线垂直），表示为“自行”，即恒星每年在背景上位移的角度。
1786年，赫歇尔向皇家学会呈交了记有1000个新发现的星云星团表。1788年赫歇尔全家人移居到斯劳。赫歇尔在新居前开辟出宽阔的场地，准备安装正在研制的口径达122厘米（48英寸）的望远镜。1789年，赫歇尔完成了他的第二部记录有1000个新发现的星云星团表。同年，他的48英寸望远镜制造完成。这台巨大的望远镜具有非凡的探空威力，但由于其镜面由反光金属制成，焦点长度为12米，所以启动非常不便。除了需要极大的毅力、耐心和观测技巧以外，观星者还需要付出繁重的体力劳动。虽说如此，这台巨型望远镜仍不失为18世纪的天文奇迹之一。
1802年，赫歇尔发表了第三部新发现的1000个星云星团表，结束了长达19年的星云“巡天”观测计划。就这样，经过近20年的艰辛探索，赫歇尔和卡洛琳发现了3000多个星云和星团。在赫歇尔开创这一观测计划以前，天文学家已知的非恒星天体总和也不过150个。虽然赫歇尔建造口径122厘望远镜是为了验证其所有的星云均是恒星集团的理论，但是在这台望远镜正式使用以前，赫歇尔根据自己观测到的行星状星云，确证了深空中确实存在弥漫状天体，它们是云气，而非原来认定的恒星。
赫歇尔还在另一个方面扩展了人类的视野，那是在1800年他发现了太阳红外辐射。他当时用温度计测量太阳光谱的各个部分，结果发现，在将温度计放在光谱红端外测温时，温度上升得最高，而那儿却完全没有颜色。于是他得出结论：太阳光中包含着处于红光以外的不可见光线。
赫歇尔之所以能在天文研究中有如此丰硕的成果，是与他几十年如一日的勤奋工作分不开的。他移居斯劳以后，每天晚上只要不受月光和天气等观测条件的妨碍，总要在妹妹卡洛琳的陪同下观测夜空。如果遇到多云的天气，他就请人看守，只要天空的云气散了，就随时通知他来继续观测。赫歇尔是如此地热爱他的天文学事业，用他全部的精力致力于对浩渺无限星空的探索，直到50岁时，即1788年，才娶了H．皮特为妻。1792年，赫歇尔的独生子约翰·赫歇尔出世，后来也成为著名的天文学家。1821年，赫歇尔与儿子一起创建了英国皇家天文学会，他被选为第一任会长。1822年8月25日威廉·赫歇尔病逝于斯劳，享年84岁，这恰好等于天王星绕太阳运行的公转周期。卡罗琳终生陪伴哥哥从事天文观测等工作，后来也成为著名天文学家，她一生曾发现了8颗彗星，享年98岁。