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中国古代天文学家通过肉眼和天文仪器观测到了水星、金星、火星、木星和土星，统称为“五星”，并且把它们与太阳、月球一起称为“七曜”。意思是说，它们是天上7颗光耀人间的天体。

1543年，波兰天文学家哥白尼发表《天体运行论》，提出了日心说，认识到水星、金星、火星、木星、土星和我们人类的故乡地球，都是围绕太阳运行的行星，而月球则是地球的一颗卫星。

图. 地球和天王星对比

赫歇尔发现天王星

1781年2月13日，英国天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel，1738〜1822）用自己制造的望远镜发现了土星之外的一颗蓝色的新天体，它就是太阳系的第七颗大行星—天王星。

赫歇尔出生于德国汉诺威，父亲是一位穷苦的乐师，在父亲的熏陶下，他从小就表现出杰出的音乐才能。18岁那年，他因战争流亡到英国，后来在宫廷里吹奏双簧管，以音乐谋生。但他酷爱读书，尤其喜爱天文学。不过，他到35岁时才成为一名业余天文工作者。他深知天文学是一门观测的科学，因此，他特别注重自己动手，磨制精密的天文望远镜镜片。1774年，赫歇尔把他的妹妹和弟弟从家乡接来，组成了一个“家庭望远镜作坊”。

就这样，1776年5月，一架2米长的反射望远镜诞生了。从此赫歇尔用它进行了长达5年的连续观测。1781年3月13日晚，当赫歇尔把望远镜举向双子座时，一颗从来没有看见过的新星在望远镜里出现了。为了确定这颗新星是彗星还是行星，赫歇尔变换不同放大倍数的目镜进行仔细的观测，发现这颗星“既不见彗尾，又没有雾状云，恐怕不是一颗普通的彗星”。

天王星的观测证明和命名

1781年4月26日，赫歇尔向英国皇家学会提交了一篇名为《一颗“彗星”的报告》的论文，通报了他发现的这颗不平凡的“卫星”的位置和特点，并希望各个天文台对它进行观测，引起了天文学界的极大震动。许多天文学家都对它进行跟踪观测，发现这颗新的“彗星”并不像其他彗星那样沿着一条拉长了的轨道走，而是十分接近其他行星所走的椭圆形轨道。1783年，法国天文学家拉普拉斯证实赫歇尔发现的是一颗行星，赫歇尔本人也向皇家天文学会致函：“经由欧洲最杰出的天文学家观察，显示我很荣耀地在1781年3月指认出的这颗新的星星是太阳系内主要的行星之一。”

起初，赫歇尔以英国国王的名字给这颗新行星命名为“乔治星”，但后来采纳了用传统神话命名的建议，取希腊神话中的天神“乌拉若斯”（Uranus）来命名它，中文翻译成“天王星”。

近一个世纪前与天王星的发现失之交臂

其实早在天王星被作为行星发现之前，它已经被观测到很多次了，但都认为它是恒星。最早的纪录可以追溯至1690年，约翰·弗兰斯蒂德在星表中将它编为金牛座34，并且至少观测过6次；法国天文学家皮埃尔·勒莫尼耶在1750〜1769年间也至少观测过12次，其中一次连续观测了4夜。但他们都未对它进行深入的研究，同天王星的发现失之交臂。

天王星的天文数据

天王星的赤道半径和极半径分别是地球的4.0和3.9倍，表面积相当于地球的15.9倍，体积相当于地球的63.1倍，质量是地球的14.5倍，自转周期17个小时（相当于0.7个地球日），公转周期约3.1万日（相当于84.3个地球年）。天王星的大气层含有大约83%的氢，15%的氦和2%的甲烷，还包含较高比例的由水、氨、甲烷等结成的“冰”，以及微量的碳氢化合物。天王星是太阳系内大气层最冷的行星，最低温度只有49K（-224℃）。天王星是由冰和岩石构成的，其大气层具有复杂的云层结构，水处在最低的云层中，而最高处的云层则是由甲烷构成。

天王星的环系统在行星中非常独特，因为它的自转轴斜向一边，几乎就躺在公转轨道平面上，因而南极和北极也躺在其他行星的赤道位置上。从地球看，天王星的环像是环绕着标靶的圆环，它的卫星则像环绕着钟的指针（虽然在2007年与2008年该环看来近乎水平）。在1986年，来自旅行者2号探测器的影像资料显示，天王星实际上是一颗平淡无奇的行星，在其可见光的影像中没有出现其他巨行星所拥有的云彩或风暴。然而，近年来，随着天王星接近昼夜平分点，地球上的观测者发现天王星也有季节变化的迹象和渐增的天气活动。天王星上的风速可以达到每秒250米。

天王星是第一颗使用望远镜发现的大行星。它的发现，突破了千百年来的传统观念，第一次扩大了太阳系疆界的范围，这无疑是人们在探索宇宙的道路上，迈出的十分了不起的一步，它对于进一步认识太阳系有着启发意义。天王星的发现，激起了人们探索太阳系的热情，不久之后，科学家们受此“指引”神奇地发现了第八颗行星—海王星，传为科学史上的佳话。

赫歇尔父子的天文学工作

除了发现天王星，赫歇尔在他工作生涯的后半部分，还发现了土星的两颗卫星—土卫一和土卫二，天王星的两颗卫星—天卫三和天卫四。他还编制了一份详尽的“星云”列表以及一份双星列表。从研究恒星的自行，他也首先发现太阳系正在宇宙中移动，还指出该移动的大致方向。他亦研究银河的结构，提出银河呈圆盘状。他还发现了太阳红外辐射。由于他在天文学上的众多贡献，现在以他的名字命名的有月球上的环形山、火星上的环形山、土卫一上的巨大环形山，编号为2000的小行星、欧洲空间局的天文台和拉帕尔玛岛上的望远镜等。

威廉·赫歇尔的儿子约翰·赫歇尔（John Herschel，1792〜1871）日后也成为著名的天文学家，他的名著《天文学纲要》（Outlines of Astronomy，1851）第五版（1858）在翌年就被中国近代科学的先驱李善兰和英国传教士伟烈亚力翻译成中文《谈天》（上海墨海书馆，1859）出版，对近代天文学在中国的传播产生了广泛的影响。

（本文发表于《科学世界》2012年第8期）