William Herschel et le Bath Museum of Astronomy

Sir Frederick William Herschel, KH, FRS (15 novembre 1738 - 25 août 1822) était un astronome britannique d'origine allemande, compositeur et frère de Caroline Herschel. Né dans l'électorat de Hanovre, Herschel a suivi son père dans la fanfare militaire de Hanovre, avant de migrer en Grande-Bretagne à l'âge de dix-neuf ans. Herschel s'est intéressé à l'astronomie en 1773, et après avoir construit son premier grand télescope à Bath, en 1774, il a passé neuf ans à effectuer des études approfondies du ciel, où son but était l'investigation des étoiles doubles. Le pouvoir de résolution des télescopes Herschel a révélé que les nébuleuses du catalogue Messier étaient des amas d'étoiles: des catalogues de nébuleuses ont été publiés en 1802 (2500 objets) et 1820 (5000 objets). Au cours d'une observation le 13 mars 1781, il se rendit compte que l'un des corps célestes qu'il avait observé n'était pas une étoile, mais une planète, Uranus. Ce fut la première planète à être découverte depuis l'antiquité et Herschel est devenu célèbre du jour au lendemain. À la suite de cette découverte, George III le nomma «astronome de la cour». Il a été élu membre de la Royal Society et des subventions ont été accordées pour la construction de nouveaux télescopes. Herschel a été le pionnier de l'utilisation de la spectrophotométrie astronomique comme outil de diagnostic, en utilisant des prismes et des équipements de mesure de la température pour mesurer la distribution de longueur d'onde des spectres stellaires. D'autres travaux comprenaient une meilleure détermination de la période de rotation de Mars, la découverte que les calottes polaires martiennes varient selon les saisons, la découverte de Titania et Oberon (lunes d'Uranus) et d'Encelade et Mimas (lunes de Saturne). De plus, il a été la première personne à découvrir l'existence du rayonnement infrarouge. Herschel fut fait chevalier en 1816. Il mourut en août 1822 et son travail fut poursuivi par son fils unique, John Herschel. Herschel est né dans l'électorat de Hanovre en Allemagne, une partie du Saint Empire romain germanique, l'un des dix enfants d'Isaac Herschel par son mariage avec Anna Ilse Moritzen. Sa famille était constituée de chrétiens luthériens. Le nom de famille, identifiant son origine juive, descend - selon le biographe de Herhsel Holden - de Moraves juifs qui se sont convertis au protestantisme au 17ème siècle^. Son père était hautboïste dans la fanfare militaire de Hanovre. En 1755, le régiment des gardes hanovriens, dans la bande duquel Wilhelm et son frère Jakob étaient engagés comme hautboïstes, fut envoyé en Angleterre. À l'époque, les couronnes de Grande-Bretagne et de Hanovre étaient réunies sous le roi George II. Alors que la menace de guerre avec la France se profilait, les gardes hanovriens furent rappelés d'Angleterre pour défendre Hanovre. Après avoir été vaincu à la bataille de Hastenbeck, le père de Herschel, Isaak, envoya ses deux fils chercher refuge en Angleterre à la fin de 1757. Bien que son frère aîné Jakob ait été renvoyé des gardes de Hanovre, Wilhelm fut accusé de désertion (pour laquelle il était gracié par George III en 1782)^. Wilhelm, alors âgé de dix-neuf ans, était un étudiant rapide de la langue anglaise. En Angleterre, il est allé par l'interprétation anglaise de son nom, Frederick William Herschel. En plus du hautbois, il a joué du violon et du clavecin et plus tard de l'orgue. Il a composé de nombreuses œuvres musicales, dont 24 symphonies et de nombreux concertos, ainsi que de la musique d'église. Six de ses symphonies ont été enregistrées en avril 2002 par les London Mozart Players, sous la direction de Matthias Bamert (Chandos 10048). Herschel s'installe à Sunderland en 1761 lorsque Charles Avison l'engage immédiatement comme premier violon et soliste pour son orchestre de Newcastle, où il joue pendant une saison. Dans «Sunderland in the County of Durh: apprill [sic] 20th 1761», il écrivit sa symphonie n ° 8 en ut mineur. Il était à la tête de l'orchestre de la milice de Durham de 1760 à 1761 et visita la maison de Sir Ralph Milbanke à Halnaby Hall en 1760, où il écrivit deux symphonies et donna lui-même des représentations. Après Newcastle, il a déménagé à Leeds et à Halifax où il a été le premier organiste de l'église St John the Baptist (aujourd'hui la cathédrale d'Halifax). Il est devenu organiste de la chapelle octogonale de Bath, une chapelle à la mode dans une station thermale bien connue, dans laquelle ville il était également directeur des concerts publics. Il fut nommé organiste en 1766 et donna son concert d'introduction le 1er janvier 1767. L'orgue étant encore incomplet, il montra sa polyvalence en interprétant ses propres compositions comprenant un concerto pour violon, un concerto pour hautbois et une sonate pour clavecin. L'orgue fut achevé en octobre 1767. Sa sœur Caroline vint en Angleterre en 1772 et y vécut avec lui à New King Street, à Bath. La maison qu'ils partageaient est maintenant l'emplacement du musée d'astronomie Herschel. Ses frères Dietrich, Alexander et Jakob (1734–1792) sont également apparus comme musiciens de Bath. En 1780, Herschel a été nommé directeur de l'orchestre de Bath, avec sa sœur apparaissant souvent comme soliste soprano. La musique de Herschel l'a amené à s'intéresser aux mathématiques et aux lentilles. Son intérêt pour l'astronomie s'est intensifié après avoir fait la connaissance de l'astronome anglais Royal Nevil Maskelyne. Il a commencé à construire ses propres télescopes réfléchissants et passait jusqu'à 16 heures par jour à broyer et polir les miroirs primaires métalliques du spéculum. Il «commença à regarder les planètes et les étoiles» en mai 1773 et le 1er mars 1774 commença un journal astronomique en notant ses observations des anneaux de Saturne et de la grande nébuleuse d'Orion (M 42). Les premiers travaux d'observation de Herschel se sont rapidement concentrés sur la recherche de paires d'étoiles très proches visuellement. Les astronomes de l'époque s'attendaient à ce que les changements au fil du temps dans la séparation apparente et l'emplacement relatif de ces étoiles fourniraient des preuves à la fois du mouvement correct des étoiles et, au moyen de changements de parallaxe dans leur séparation, de la distance des étoiles de la Terre (un méthode suggérée pour la première fois par Galileo Galilei). Depuis le jardin arrière de sa maison à New King Street, Bath, et en utilisant une ouverture de 6,2 pouces (160 mm), une longueur focale de 7 pieds (2,1 m) (f / 13) télescope newtonien "avec un spéculum le plus grand" de sa propre fabrication, en octobre 1779, Herschel a commencé une recherche systématique de telles étoiles parmi «toutes les étoiles des cieux», avec de nouvelles découvertes répertoriées jusqu'en 1792. Il a rapidement découvert beaucoup plus d'étoiles binaires et multiples que prévu, et les a compilées avec des mesures minutieuses de leurs positions relatives dans deux catalogues présentés à la Royal Society de Londres en 1782 (269 systèmes doubles ou multiples) et 1784 (434 systèmes). Un troisième catalogue des découvertes faites après 1783 a été publié en 1821 (145 systèmes). En 1797, Herschel mesura à nouveau de nombreux systèmes et découvrit des changements dans leurs positions relatives qui ne pouvaient être attribués à la parallaxe causée par l'orbite terrestre. Il a attendu 1802 (en Catalogue de 500 nouvelles nébuleuses, étoiles nébuleuses, nébuleuses planétaires et amas d'étoiles; avec remarques sur la construction des cieux) pour annoncer l'hypothèse que les deux étoiles pourraient être des «systèmes sidéraux binaires» en orbite sous l'attraction gravitationnelle mutuelle, hypothèse qu'il confirma en 1803 dans son Récit des changements survenus, au cours des vingt-cinq dernières années, dans la situation relative des étoiles doubles; avec une enquête sur la cause à laquelle ils sont dus. En tout, Herschel a découvert plus de 800 systèmes à étoiles doubles ou multiples confirmés, presque tous des paires physiques plutôt que virtuelles. Ses travaux théoriques et d'observation ont jeté les bases de l'astronomie moderne des étoiles binaires; de nouveaux catalogues s'ajoutant à son travail ne furent publiés qu'après 1820 par Friedrich Wilhelm Struve, James South et John Herschel. En mars 1781, lors de sa recherche d'étoiles doubles, Herschel remarqua un objet apparaissant comme un disque non stellaire. Herschel pensait à l'origine que c'était une comète ou une étoile. Il en fit de nombreuses autres observations, et par la suite l'académicien russe Anders Lexell calcula l'orbite et la trouva probablement planétaire. Herschel a décidé en accord qu'il devait s'agir d'une planète au-delà de l'orbite de Saturne. Il a appelé la nouvelle planète «l'étoile géorgienne» (Georgium sidus) après le roi George III, ce qui lui a également apporté sa faveur; le nom ne collait pas. En France, où la référence au roi britannique devait être évitée si possible, la planète était connue sous le nom de «Herschel» jusqu'à ce que le nom «Uranus» soit universellement adopté. La même année, Herschel a reçu la médaille Copley et élu membre de la Royal Society. En 1782, il fut nommé «astronome du roi» (à ne pas confondre avec l'astronome royal). Lui et sa sœur ont ensuite déménagé à Datchet (alors dans le Buckinghamshire mais maintenant dans le Berkshire) le 1er août 1782. Il a continué son travail en tant que fabricant de télescopes et a acquis une réputation internationale pour leur fabrication, vendant avec profit plus de 60 réflecteurs terminés aux astronomes britanniques et continentaux. . De 1782 à 1802, et plus intensivement de 1783 à 1790, Herschel a mené des enquêtes systématiques à la recherche de "ciel profond" ou d'objets non stellaires avec deux focales de 20 pieds (610 cm), une ouverture de 12 pouces (30 cm) et 18,7- télescopes à ouverture en pouces (47 cm) (en combinaison avec son instrument d'ouverture préféré de 6 pouces). En excluant les entrées dupliquées et "perdues", Herschel a finalement découvert plus de 2400 objets définis par lui comme des nébuleuses. (À cette époque, nébuleuse était le terme générique pour tout objet astronomique visuellement étendu ou diffus, y compris les galaxies au-delà de la Voie lactée, jusqu'à ce que les galaxies soient confirmées comme des systèmes extragalactiques par Edwin Hubble en 1924.) Herschel a publié ses découvertes sous forme de trois catalogues: Catalogue des mille nouvelles nébuleuses et amas d'étoiles (1786), Catalogue d'un deuxième millier de nébuleuses et d'amas d'étoiles (1789) et le précédent cité Catalogue de 500 nouvelles nébuleuses ... (1802). Il a organisé ses découvertes en huit «classes»: (I) nébuleuses brillantes, (II) nébuleuses faibles, (III) nébuleuses très faibles, (IV) nébuleuses planétaires, (V) très grandes nébuleuses, (VI) amas très comprimés et riches d'étoiles, (VII) amas compressés d'étoiles petites et grandes [faibles et brillantes], et (VIII) amas d'étoiles grossièrement dispersées. Les découvertes de Herschel ont été complétées par celles de Caroline Herschel (11 objets) et de son fils John Herschel (1754 objets) et publiées par lui comme Catalogue général des nébuleuses et amas en 1864. Ce catalogue a ensuite été édité par John Dreyer, complété par les découvertes de nombreux autres astronomes du XIXe siècle, et publié en 1888 sous le titre Nouveau catalogue général (NGC abrégé) de 7840 objets du ciel profond. La numérotation NGC est toujours l'étiquette d'identification la plus couramment utilisée pour ces repères célestes. En 1783, il a donné à Caroline un télescope et elle a commencé à faire des découvertes astronomiques à part entière, en particulier des comètes. Elle a découvert ou observé huit comètes, onze nébuleuses et, à la suggestion de son frère, a mis à jour et corrigé le travail de Flamsteed détaillant la position des étoiles. Cela a été publié sous le nom de British Catalogue of Stars. Elle a été honorée par la Royal Astronomical Society pour ce travail. Caroline a également continué à servir d'assistante, prenant souvent des notes pendant qu'il observait au télescope. En juin 1785, en raison de conditions humides, lui et Caroline déménagent à Clay Hall dans le vieux Windsor. En 1786, les Herschel déménagent dans une nouvelle résidence sur Windsor Road à Slough. Il vécut le reste de sa vie dans cette résidence, connue sous le nom de Observatory House. Ce n'est plus debout. Le 7 mai 1788, il épousa la veuve Mary Pitt (née Baldwin) à l'église St Laurence, Upton à Slough. Sa sœur Caroline a ensuite déménagé dans des logements séparés, mais a continué à travailler en tant qu'assistante. Au cours de sa carrière, il a construit plus de quatre cents télescopes. Le plus grand et le plus célèbre d'entre eux était un télescope réfléchissant avec un 49 ¹⁄₂- un miroir primaire de 1,26 m de diamètre et une distance focale de 12 m. En raison de la faible réflectivité des miroirs à spéculum de ce jour-là, Herschel a éliminé le petit miroir diagonal d'un réflecteur newtonien standard de sa conception et a incliné son miroir principal afin qu'il puisse voir l'image formée directement. Cette conception est devenue le télescope herschélien. Le 28 août 1789, sa première nuit d'observation à l'aide de cet instrument, il découvre une nouvelle lune de Saturne. Une deuxième lune a suivi au cours du premier mois d'observation. Le "télescope de 40 pieds" s'est avéré très encombrant, et la plupart de ses observations ont été faites avec un réflecteur plus petit de 18,5 pouces (47 cm) de 20 pieds de distance focale (6,1 m). Herschel a découvert que les ouvertures de télescope non remplies peuvent être utilisées pour obtenir une résolution angulaire élevée, ce qui est devenu la base essentielle de l'imagerie interférométrique en astronomie (en particulier l'interférométrie à masquage d'ouverture et les hypertélescopes). Herschel était sûr d'avoir trouvé de nombreuses preuves de la vie sur la Lune et de les comparer à la campagne anglaise. Il ne s'est pas abstenu de théoriser que les autres planètes étaient peuplées, avec un intérêt particulier pour Mars, ce qui était en concurrence avec la plupart de ses scientifiques contemporains.  À l'époque de Herschel, les scientifiques avaient tendance à croire en une pluralité de mondes civilisés, tandis que la plupart des penseurs religieux se référaient aux propriétés uniques de la terre. Herschel est allé si loin en spéculant que l'intérieur du soleil était peuplé. Herschel a commencé à examiner la corrélation entre la variation solaire et le cycle solaire et le climat. Sur une période de 40 ans (1779–1818), Herschel avait régulièrement observé des taches solaires et leurs variations en nombre, forme et taille. La plupart de ses observations ont eu lieu dans une période de faible activité solaire, le minimum de Dalton. Par conséquent, l'activité solaire s'est comportée de manière très inhabituelle. C'est l'une des raisons pour lesquelles Herschel n'a pas été en mesure d'identifier la période standard de 11 ans d'activité solaire.  Herschel a comparé ses observations à la série de prix du blé publiée par Adam Smith dans The Wealth of Nations. 1801 Herschel rapporta ses découvertes à la Royal Society et indiqua cinq périodes prolongées de quelques taches solaires en corrélation avec du blé coûteux.

Le résultat de cet examen des cinq périodes précédentes est que, à partir du prix du blé, il semble probable qu'une rareté temporaire ou un défaut de végétation a généralement eu lieu, lorsque le soleil a été sans ces apparences que nous supposons être des symptômes d'une émission abondante de lumière et de chaleur.

L'étude de Herschel a été ridiculisée par certains de ses contemporains mais a lancé de nouvelles tentatives pour trouver une corrélation. Plus tard au 19e siècle, William Stanley Jevons a proposé le cycle de 11 ans et l'idée de base Herschels d'une corrélation entre une faible quantité de taches solaires et des rendements plus faibles pour expliquer les booms et les ralentissements récurrents de l'économie. La spéculation de Herschels sur un lien entre les taches solaires et le climat régional, utilisant le prix du marché du blé comme indicateur, continue d'être citée régulièrement jusqu'à aujourd'hui. Selon une étude du Israel Cosmic Ray Center sur l'influence de l'activité solaire sur le marché historique du blé en Angleterre, les dix cycles solaires entre 1600 et 1700 montrent des prix du blé élevés coïncidant avec une faible activité, et vice versa. Le sujet fait toujours l'objet de controverses et la signification de la corrélation est mise en doute par certains scientifiques. Herschel était un homme de science et a plusieurs découvertes notables à son actif:

• Dans sa carrière ultérieure, Herschel a découvert deux lunes de Saturne, Mimas et Encelade; ainsi que deux lunes d'Uranus, Titania et Oberon. Il n'a pas donné leurs noms à ces lunes; ils ont été nommés par son fils John en 1847 et 1852, respectivement, après sa mort.
• En 2007, des preuves ont été citées par le Dr Stuart Eves selon lesquelles Herschel aurait pu découvrir des anneaux autour d'Uranus.
• Herschel a mesuré l'inclinaison axiale de Mars et a découvert que les calottes glaciaires martiennes, observées pour la première fois par Giovanni Domenico Cassini (1666) et Christiaan Huygens (1672), changeaient de taille avec les saisons de la planète.
• Après avoir étudié le mouvement approprié des étoiles, il a été le premier à se rendre compte que le système solaire se déplace dans l'espace, et il a déterminé la direction approximative de ce mouvement.
• Il a également étudié la structure de la Voie lactée et a conclu qu'elle avait la forme d'un disque. Il a supposé à tort que le soleil était au centre du disque, une théorie connue sous le nom de galactocentrisme, qui a finalement été corrigée par les découvertes de Harlow Shapley en 1918.
• Il a également inventé le mot «astéroïde», qui signifie en forme d'étoile (du grec astéroïdes, aster "étoile" + -eidos «forme, forme»), en 1802 (peu de temps après qu'Olbers ait découvert la deuxième planète mineure, 2 Pallas, fin mars), pour décrire l'aspect en étoile des petites lunes des planètes géantes et des planètes mineures; les planètes montrent toutes des disques, par comparaison. Dans les années 1850, «astéroïde» est devenu un terme standard pour décrire certaines planètes mineures.
• Le 11 février 1800, Herschel testait des filtres pour le soleil afin d'observer les taches solaires. Lors de l'utilisation d'un filtre rouge, il a découvert qu'il y avait beaucoup de chaleur produite. Herschel a découvert le rayonnement infrarouge dans la lumière du soleil en le passant à travers un prisme et en tenant un thermomètre juste au-delà de l'extrémité rouge du spectre visible. Ce thermomètre était censé être un contrôle pour mesurer la température de l'air ambiant dans la pièce. Il a été choqué quand il a montré une température plus élevée que le spectre visible. D'autres expériences ont conduit à la conclusion de Herschel qu'il doit y avoir une forme invisible de lumière au-delà du spectre visible.
• Herschel a utilisé un microscope pour établir que le corail n'était pas une plante, comme beaucoup le croyaient à l'époque, car il n'avait pas les parois cellulaires caractéristiques des plantes.

William Herschel et Mary eurent un enfant, John, né à Observatory House le 7 mars 1792. Les antécédents personnels de William et son ascension en tant qu'homme de science ont eu un impact profond sur l'éducation de son fils et de ses petits-enfants. Il a été élu membre honoraire étranger de l'Académie américaine des arts et des sciences en 1788. En 1816, William a été fait chevalier de l'ordre royal de Guelphic par le prince régent et a reçu le titre honorifique de «monsieur» bien que ce ne soit pas l'équivalent d'une chevalerie britannique officielle. Il aida à fonder la Société astronomique de Londres en 1820, qui en 1831 reçut une charte royale et devint la Royal Astronomical Society. En 1813, il est élu membre étranger de l'Académie royale des sciences de Suède. Le 25 août 1822, Herschel est décédé à Observatory House, Windsor Road, Slough, et est enterré à proximité de l'église St Laurence, Upton, Slough. L'épitaphe de Herschel est

Coelorum perrupit claustra. (Il a franchi les barrières des cieux.)

Le fils de Herschel, John Herschel, est également devenu un astronome célèbre. L'un des frères de William, Alexander Herschel, s'installe définitivement en Angleterre, près de sa sœur Caroline et de son neveu John. Caroline est retournée à Hanovre après la mort de son frère. Elle est décédée le 9 janvier 1848.

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