人類發(fā)現(xiàn)天王星

天王星是第一顆人類使用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的行星，是由被譽(yù)為恒星天文學(xué)之父、英國天文學(xué)家弗里德里希·威廉·赫歇爾發(fā)現(xiàn)的。1781年3月13日，赫歇爾用望遠(yuǎn)鏡在自宅庭院中發(fā)現(xiàn)了天王星這顆行星。當(dāng)天，赫歇爾在天空中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的亮點(diǎn)，他認(rèn)為這個(gè)亮點(diǎn)是一顆新的彗星。然而，在進(jìn)一步的研究中，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)亮點(diǎn)在天空中的運(yùn)動(dòng)不符合彗星的軌道。最終，他確認(rèn)這個(gè)亮點(diǎn)實(shí)際上是一顆新的行星，并將其命名為天王星。

●從“地心說”到“日心說”

自古以來，人類對(duì)于宇宙的探索從來沒有停止過。拿人類對(duì)太陽系的探索而言，早在遠(yuǎn)古時(shí)期，我們就已經(jīng)知道了太陽系的主要行星--水星、金星、火星、木星和土星的存在，古希臘天文學(xué)家托勒密提出的“地心說”認(rèn)為：太陽和“金木水火土”這五顆行星圍繞地球旋轉(zhuǎn)。到了15世紀(jì)，天文學(xué)家哥白尼提出了著名的“日心說”理論：水星、金星、地球、火星、木星和土星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。

從日心說的誕生到18世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)期，天文學(xué)界形成了一個(gè)共識(shí)：太陽系只有6顆行星：“金木水火土”和地球，但天文學(xué)家并沒有停止對(duì)太陽系其他行星的探索。雖然18世紀(jì)和19世紀(jì)，人類還沒有研發(fā)出深空宇宙探測(cè)器，但科學(xué)家就在18世紀(jì)和19世紀(jì)這個(gè)工業(yè)革命蓬勃起步的時(shí)代里，以自己的智慧發(fā)現(xiàn)了天王星和海王星的蹤跡。

在赫歇爾之前，其他國家的科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了天王星的蹤跡。只不過，這些科學(xué)家認(rèn)為天王星是恒星而不是行星。雖然這些科學(xué)家對(duì)天王星的認(rèn)識(shí)和實(shí)際情況相差較大，但這些科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)為后來赫歇爾探索天王星埋下了伏筆。

1690年，天文學(xué)家弗蘭斯蒂德在望遠(yuǎn)鏡中發(fā)現(xiàn)了天王星，由于觀測(cè)手段有限，弗蘭斯蒂德認(rèn)為天王星是金牛座的恒星。法國天文學(xué)家在1750年至1769年對(duì)天王星的蹤跡進(jìn)行了至少12次觀測(cè)。雖然這些天文學(xué)家沒有確認(rèn)天王星是太陽系的第七大行星，但他們卻為赫歇爾對(duì)天王星的觀測(cè)提供了相對(duì)客觀的線索和參考資料。

●第一顆用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的行星

赫歇爾1738年生于德國，1758年遷居英國。雖然赫歇爾出身音樂世家，但據(jù)說他父親不僅精通樂理，而且還是一名天文愛好者，赫歇爾在父親的指導(dǎo)下，對(duì)天文知識(shí)有著濃厚的興趣，赫歇爾對(duì)夜空中的許多星座都非常熟悉。在研究樂理時(shí)，他意外地從點(diǎn)滴線索發(fā)現(xiàn)了兩卷本的經(jīng)典著作《光學(xué)》，這是一部能夠在理論和實(shí)踐上制作望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的引導(dǎo)性光學(xué)著作，其中一章名為“望遠(yuǎn)鏡對(duì)恒星的發(fā)現(xiàn)”，這些內(nèi)容引起了赫歇爾從事觀測(cè)和研究天體的強(qiáng)烈愿望和雄心。

自古以來，人類對(duì)宇宙具有自然天生的敬畏和好奇心，這在赫歇爾身上有充分的展現(xiàn)。1773年，赫歇爾讀了《對(duì)牛頓爵士的原理的天文學(xué)解釋》，為了親眼看清書中所描述的那些天體，赫歇爾最初用折射式望遠(yuǎn)鏡觀察天體，但他感覺不理想，為了探索宇宙奧秘尋找更合適的利器，后來他轉(zhuǎn)向了反射式望遠(yuǎn)鏡。

1774年至1787年期間，赫歇爾不斷嘗試自己制造望遠(yuǎn)鏡，他掌握了一套磨制拋物面反射鏡的技術(shù)，并成功地安裝了多架反射式望遠(yuǎn)鏡。赫歇爾為了減少折射光的損失，提高聚光的效率，設(shè)計(jì)了一套光學(xué)系統(tǒng)，稱為“赫歇爾望遠(yuǎn)鏡”。

通過自制的望遠(yuǎn)鏡，他第一次成功地看到獵戶座大星云，并清楚地辨認(rèn)了土星的光環(huán)。從那以后，他除了晚上不知疲倦地做巡天觀測(cè)之外，還時(shí)常利用白天的時(shí)間磨制望遠(yuǎn)鏡鏡面。

1781年3月13日晚，赫歇爾像往常一樣，用自制的15cm口徑的反射望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星空。當(dāng)他把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向雙子座的時(shí)候，聚精會(huì)神的他注意到雙子座有一顆很陌生的星，比較亮，可是在星圖上卻查不到它。在改用400多倍和900多倍的目鏡仔細(xì)觀測(cè)之后，肯定了這不是一顆恒星。因?yàn)椋h(yuǎn)鏡的倍率再大，恒星看起來始終是個(gè)星點(diǎn)兒，而這個(gè)天體，呈現(xiàn)為一個(gè)藍(lán)綠色的小球面形。為慎重起見，赫歇爾沒有聲張，而是連續(xù)10個(gè)夜晚密切地關(guān)注著這顆小星。他逐漸發(fā)現(xiàn)該星每天在緩慢地移動(dòng)，顯然不易覺察出來。不久，赫歇爾根據(jù)所得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出它的軌道近似圓形，其距離太陽比土星遠(yuǎn)出約一倍。這時(shí)他意識(shí)到自己發(fā)現(xiàn)了一顆新行星。經(jīng)過一段時(shí)間的觀測(cè)之后，天文界終于確定這是太陽系里的一顆新行星，它與太陽之間的距離，比當(dāng)時(shí)所知最遠(yuǎn)的行星土星的距離遠(yuǎn)了一倍。

赫歇爾發(fā)現(xiàn)新行星的消息引起了極大的轟動(dòng)。這個(gè)行星后來被命名為天王星（取自希臘神話中土星父神的名字），赫歇爾因此一舉成名。1781年，皇家學(xué)會(huì)頒給他柯普萊獎(jiǎng)?wù)乱员碚盟l(fā)現(xiàn)天王星，并且接納他為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。自此，赫歇爾便一心致力于他所鐘愛的天文學(xué)。

赫歇爾制造了一系列的大望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)行了很多開創(chuàng)性的研究和觀測(cè)，1816年他被冊(cè)封為爵士。在他的職業(yè)生涯中，他共制作過400多架望遠(yuǎn)鏡，其中最大最著名的是一架40英尺（12米）長、口徑49.5英寸（1.26米）的反射式望遠(yuǎn)鏡。

●天王星的形成與演化

天王星的形成可以追溯到太陽系的早期。在大約46億年前，一團(tuán)巨大的氣體和塵埃云開始坍縮，形成了原始太陽。在這個(gè)過程中，剩余的物質(zhì)開始圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)，逐漸凝聚形成了行星。天王星可能是由這些原始物質(zhì)中的一部分組成的。

在天王星的形成過程中，極端的溫度和壓力導(dǎo)致了內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)產(chǎn)生了高密度的氣體，如氫、氦和甲烷，它們構(gòu)成了天王星的大氣層。天王星的大氣層呈現(xiàn)出獨(dú)特的藍(lán)色，這是由于甲烷氣體對(duì)太陽光的吸收和散射所致。

天王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也非常引人注目。據(jù)推測(cè)，它有一個(gè)巖石核心，周圍被一層厚厚的冰層所包裹。這個(gè)冰層可能包含著水、氨和甲烷等化合物。天王星的磁場(chǎng)也非常特殊，它的磁極與自轉(zhuǎn)軸的傾斜角度是90多度，這使得它的磁場(chǎng)看起來像是在自轉(zhuǎn)軸上“橫躺”著。

隨著時(shí)間的推移，天王星經(jīng)歷了一系列的演化過程。它可能曾經(jīng)遭受過巨大天體的撞擊，這些撞擊可能導(dǎo)致了它的自轉(zhuǎn)軸傾斜以及奇特的磁場(chǎng)。此外，天王星的大氣層也經(jīng)歷了變化，形成了復(fù)雜的云層和風(fēng)暴系統(tǒng)。由此，這顆獨(dú)特而又充滿謎團(tuán)的“冰巨星”誕生了。