威廉·赫歇耳的“银河系”和“星云天文学”

首先在观测基础上推断恒星空间结构的是英国天文学家威廉·赫歇耳。赫歇耳相信存在更大的恒星空间结构。他用自制的46厘米口径、6米焦距的反射望远镜，选定他所在地理纬度所见天空中683个取样天区，通过1 083次观测，数了117 600颗恒星，确定了各天区亮星与暗星的比例。

赫歇耳先设定了4条工作假设：①宇宙空间是完全透明的；②他的望远镜能看到银河系的最外沿；③恒星的空间分布是均匀的，某一天区的恒星越密集就表明这个方向上恒星延伸得越远；④所有恒星的亮度是一样的，恒星视亮度的不同只是由于距离远近造成。现在看来，赫歇耳的这四条工作假设都是有问题的。由于星际削光的存在，宇宙空间并不是完全透明的。他的望远镜也远未达到看到银河系最外沿的能力。恒星在空间的分布也不是完全均匀的。恒星本身的亮度差别也很大。

在上述工作假设基础上，赫歇耳分析了他的观测资料，获得了第一幅银河系的结构图，并得出关于银河系的4点结论：①存在更大的天体系统——银河系；②银河系直径大约是其厚度的5倍；③以一等星的平均距离为单位，银河系的直径约950单位，厚约150单位；④太阳位于银河系的中心。这些结论除了第一条本身就是赫歇耳的信念之外，其他三条都是有问题或者错误的。赫歇耳本人后来经过更多的观测，也意识到自己的那些假定过于粗略了。

图10.1　赫歇耳的银河系结构

赫歇耳还相信存在着跟银河系一样的河外星系。天空中有一些有别于恒星那样的点光源的“云雾状天体”，这些可能是星云、球状星团和少数疏散星团，还可能是远离近日点的彗星。18世纪下半叶，彗星猎手梅西耶把他观测到的固定的云雾状天体记录了下来，以便搜索彗星时加以区别。1781年他把103个云雾状天体编成星表（其友后增补7个），这就是著名的梅西耶星表（M星表）。

赫歇耳一看到梅西耶星表之后，立刻用他当时最好的望远镜对星表中29个梅西耶称之为“无星的星云”的天体进行了观测，发现它们中的极大多数都分解成一个个暗弱恒星的集合体。因此威廉·赫歇耳断言，“星云”就是星系。赫歇耳的观测结果大大鼓励了河外星系存在的推测。但实际上他的29个观测对象中18个是球状星团，6个是疏散星团，5个是“星云”，他的望远镜分辨率还远远不足于分解“河外星系”。

1783到1802年间赫歇耳对星云和星团进行了系统的观测，慢慢认识到自己以前的结论有问题。1786、1789、1802年他三次出版星云、星团表，共记录了2 500个星云和星团。他尝试对星云进行分类，但结果不是很令人满意。

赫歇耳对银河系和河外星系的探索，从结果上看也许未尽如人意，但他用恒星计数来研究恒星空间结构，用统计恒星自行来研究太阳本动，以及对双星、星团、星云等天体所作的大量观测，开创了恒星天文学这一分支，被后人尊为“恒星天文学之父”，也是当之无愧的。

1816年，78岁的赫歇耳把在剑桥教书的儿子叫回家，以便把自己制作望远镜和进行天文观测的本领传授给他，免得后继无人。

作为威廉·赫歇耳的独生子，约翰·赫歇耳自己热衷的专业是数学。他1809年进剑桥圣约翰学院学习，在那里他是英国数学改革活动的领袖人物，年仅21岁就被选进皇家学会。约翰·赫歇耳离开剑桥时写道：“我的心已经死亡。”但一旦他投入了父亲的事业，却看到自己被赋予了神圣的使命：完成他父亲的工作，使其更加完善。

1820年，约翰·赫歇耳在其82岁老父的指导下重新抛光了6米焦距、45厘米口径的望远镜。利用这架望远镜，约翰·赫歇耳对他父亲所发现的星云作了彻底的复查，在1833年发表了一个包含2 306个星云、星团的表，并使星云研究成为天文学主流的一部分。

从1834年到1838年约翰·赫歇耳在好望角对南天星空做了观测。在那里他又发现了数百个云雾状天体。他仔细观测了大、小麦哲伦云，在大麦哲伦云中数出919个天体，在小麦哲伦云中数出244个天体。1847年他发表了含有2 100多对双星和1 700多个星云、星团的《1834到1838年间好望角天文观测结果：用望远镜完成了对整个可见星空的观测，始于1825年》（Results of Astronomical Observations made during the years 1834，5，6，7，8，at the Cape of Good Hope；Being the completion of a telescopic survey of the whole surface of the visible heavens，commenced in 1825）。从好望角回来之后，他基本上放弃了实测工作，但仍然于1864年出版了一部包含了5 079个星云和星团的总表。他的这个表是现在天文学家所用的《星云星团新总表》（NGC）的先驱。