人类发现天王星

天王星是第一颗人类使用望远镜发现的行星，是由被誉为恒星天文学之父、英国天文学家弗里德里希·威廉·赫歇尔发现的。1781年3月13日，赫歇尔用望远镜在自宅庭院中发现了天王星这颗行星。当天，赫歇尔在天空中发现了一个新的亮点，他认为这个亮点是一颗新的彗星。然而，在进一步的研究中，他发现这个亮点在天空中的运动不符合彗星的轨道。最终，他确认这个亮点实际上是一颗新的行星，并将其命名为天王星。

●从“地心说”到“日心说”

自古以来，人类对于宇宙的探索从来没有停止过。拿人类对太阳系的探索而言，早在远古时期，我们就已经知道了太阳系的主要行星--水星、金星、火星、木星和土星的存在，古希腊天文学家托勒密提出的“地心说”认为：太阳和“金木水火土”这五颗行星围绕地球旋转。到了15世纪，天文学家哥白尼提出了著名的“日心说”理论：水星、金星、地球、火星、木星和土星围绕太阳旋转。

从日心说的诞生到18世纪工业革命时期，天文学界形成了一个共识：太阳系只有6颗行星：“金木水火土”和地球，但天文学家并没有停止对太阳系其他行星的探索。虽然18世纪和19世纪，人类还没有研发出深空宇宙探测器，但科学家就在18世纪和19世纪这个工业革命蓬勃起步的时代里，以自己的智慧发现了天王星和海王星的踪迹。

在赫歇尔之前，其他国家的科学家就已经发现了天王星的踪迹。只不过，这些科学家认为天王星是恒星而不是行星。虽然这些科学家对天王星的认识和实际情况相差较大，但这些科学家的发现为后来赫歇尔探索天王星埋下了伏笔。

1690年，天文学家弗兰斯蒂德在望远镜中发现了天王星，由于观测手段有限，弗兰斯蒂德认为天王星是金牛座的恒星。法国天文学家在1750年至1769年对天王星的踪迹进行了至少12次观测。虽然这些天文学家没有确认天王星是太阳系的第七大行星，但他们却为赫歇尔对天王星的观测提供了相对客观的线索和参考资料。

●第一颗用望远镜发现的行星

赫歇尔1738年生于德国，1758年迁居英国。虽然赫歇尔出身音乐世家，但据说他父亲不仅精通乐理，而且还是一名天文爱好者，赫歇尔在父亲的指导下，对天文知识有着浓厚的兴趣，赫歇尔对夜空中的许多星座都非常熟悉。在研究乐理时，他意外地从点滴线索发现了两卷本的经典著作《光学》，这是一部能够在理论和实践上制作望远镜和显微镜的引导性光学著作，其中一章名为“望远镜对恒星的发现”，这些内容引起了赫歇尔从事观测和研究天体的强烈愿望和雄心。

自古以来，人类对宇宙具有自然天生的敬畏和好奇心，这在赫歇尔身上有充分的展现。1773年，赫歇尔读了《对牛顿爵士的原理的天文学解释》，为了亲眼看清书中所描述的那些天体，赫歇尔最初用折射式望远镜观察天体，但他感觉不理想，为了探索宇宙奥秘寻找更合适的利器，后来他转向了反射式望远镜。

1774年至1787年期间，赫歇尔不断尝试自己制造望远镜，他掌握了一套磨制抛物面反射镜的技术，并成功地安装了多架反射式望远镜。赫歇尔为了减少折射光的损失，提高聚光的效率，设计了一套光学系统，称为“赫歇尔望远镜”。

通过自制的望远镜，他第一次成功地看到猎户座大星云，并清楚地辨认了土星的光环。从那以后，他除了晚上不知疲倦地做巡天观测之外，还时常利用白天的时间磨制望远镜镜面。

1781年3月13日晚，赫歇尔像往常一样，用自制的15cm口径的反射望远镜观测星空。当他把望远镜转向双子座的时候，聚精会神的他注意到双子座有一颗很陌生的星，比较亮，可是在星图上却查不到它。在改用400多倍和900多倍的目镜仔细观测之后，肯定了这不是一颗恒星。因为，望远镜的倍率再大，恒星看起来始终是个星点儿，而这个天体，呈现为一个蓝绿色的小球面形。为慎重起见，赫歇尔没有声张，而是连续10个夜晚密切地关注着这颗小星。他逐渐发现该星每天在缓慢地移动，显然不易觉察出来。不久，赫歇尔根据所得到的观测数据，计算出它的轨道近似圆形，其距离太阳比土星远出约一倍。这时他意识到自己发现了一颗新行星。经过一段时间的观测之后，天文界终于确定这是太阳系里的一颗新行星，它与太阳之间的距离，比当时所知最远的行星土星的距离远了一倍。

赫歇尔发现新行星的消息引起了极大的轰动。这个行星后来被命名为天王星（取自希腊神话中土星父神的名字），赫歇尔因此一举成名。1781年，皇家学会颁给他柯普莱奖章以表彰他发现天王星，并且接纳他为皇家学会会员。自此，赫歇尔便一心致力于他所钟爱的天文学。

赫歇尔制造了一系列的大望远镜，进行了很多开创性的研究和观测，1816年他被册封为爵士。在他的职业生涯中，他共制作过400多架望远镜，其中最大最著名的是一架40英尺（12米）长、口径49.5英寸（1.26米）的反射式望远镜。

●天王星的形成与演化

天王星的形成可以追溯到太阳系的早期。在大约46亿年前，一团巨大的气体和尘埃云开始坍缩，形成了原始太阳。在这个过程中，剩余的物质开始围绕着太阳旋转，逐渐凝聚形成了行星。天王星可能是由这些原始物质中的一部分组成的。

在天王星的形成过程中，极端的温度和压力导致了内部的化学反应。这些反应产生了高密度的气体，如氢、氦和甲烷，它们构成了天王星的大气层。天王星的大气层呈现出独特的蓝色，这是由于甲烷气体对太阳光的吸收和散射所致。

天王星的内部结构也非常引人注目。据推测，它有一个岩石核心，周围被一层厚厚的冰层所包裹。这个冰层可能包含着水、氨和甲烷等化合物。天王星的磁场也非常特殊，它的磁极与自转轴的倾斜角度是90多度，这使得它的磁场看起来像是在自转轴上“横躺”着。

随着时间的推移，天王星经历了一系列的演化过程。它可能曾经遭受过巨大天体的撞击，这些撞击可能导致了它的自转轴倾斜以及奇特的磁场。此外，天王星的大气层也经历了变化，形成了复杂的云层和风暴系统。由此，这颗独特而又充满谜团的“冰巨星”诞生了。