William Herschel e il Bath Museum of Astronomy

Sir Frederick William Herschel, KH, FRS (15 novembre 1738 - 25 agosto 1822) era un astronomo, compositore e fratello britannico di origine tedesca e fratello di Caroline Herschel. Nato nell'elettorato di Hannover, Herschel seguì suo padre nella banda militare di Hannover, prima di emigrare in Gran Bretagna all'età di diciannove anni. Herschel si interessò all'astronomia nel 1773 e, dopo aver costruito il suo primo grande telescopio a Bath, nel 1774, trascorse nove anni effettuando indagini approfondite del cielo, dove il suo scopo era l'indagine sulle stelle doppie. Il potere risolutivo dei telescopi Herschel ha rivelato che le nebulose nel catalogo di Messier erano ammassi di stelle: i cataloghi di nebulose furono pubblicati nel 1802 (2.500 oggetti) e nel 1820 (5.000 oggetti). Nel corso di un'osservazione del 13 marzo 1781 si rese conto che un corpo celeste che aveva osservato non era una stella, ma un pianeta, Urano. Questo è stato il primo pianeta ad essere scoperto dall'antichità e Herschel è diventato famoso dall'oggi al domani. Come risultato di questa scoperta, Giorgio III lo nominò "astronomo di corte". Fu eletto Fellow della Royal Society e furono previste sovvenzioni per la costruzione di nuovi telescopi. Herschel ha aperto la strada all'uso della spettrofotometria astronomica come strumento diagnostico, utilizzando prismi e apparecchiature di misurazione della temperatura per misurare la distribuzione della lunghezza d'onda degli spettri stellari. Altri lavori includevano una migliore determinazione del periodo di rotazione di Marte, la scoperta che le calotte polari marziane variano stagionalmente, la scoperta di Titania e Oberon (lune di Urano) ed Encelado e Mima (lune di Saturno). Inoltre, è stata la prima persona a scoprire l'esistenza della radiazione infrarossa. Herschel fu nominato cavaliere nel 1816. Morì nell'agosto 1822 e il suo lavoro fu continuato dal suo unico figlio, John Herschel. Herschel è nato nell'elettorato di Hannover in Germania, parte del Sacro Romano Impero, uno dei dieci figli di Isaac Herschel dal suo matrimonio con Anna Ilse Moritzen. La sua famiglia era cristiana luterana. Il cognome, che ne identifica l'origine ebraica, discende - secondo il biografo di Herhsel Holden - dagli ebrei moravi convertiti al protestantesimo nel XVII secolo^. Suo padre era un oboista nella banda militare di Hannover. Nel 1755 il reggimento delle guardie di Hannover, nella cui banda Wilhelm e suo fratello Jakob erano impegnati come oboisti, fu mandato in Inghilterra. A quel tempo le corone di Gran Bretagna e Hannover erano unite sotto il re Giorgio II. Mentre la minaccia di guerra con la Francia incombeva, le guardie hannoveriane furono richiamate dall'Inghilterra per difendere Hannover. Dopo che furono sconfitti nella battaglia di Hastenbeck, il padre di Herschel, Isaak, mandò i suoi due figli a cercare rifugio in Inghilterra alla fine del 1757. Sebbene suo fratello maggiore Jakob avesse ricevuto il suo licenziamento dalle guardie hannoveriane, Wilhelm fu accusato di diserzione (per la quale fu graziato da Giorgio III nel 1782)^. Wilhelm, che all'epoca aveva diciannove anni, era uno studente veloce della lingua inglese. In Inghilterra è andato dalla versione inglese del suo nome, Frederick William Herschel. Oltre all'oboe, suonava il violino e il clavicembalo e successivamente l'organo. Ha composto numerose opere musicali, tra cui 24 sinfonie e molti concerti, oltre a musica sacra. Sei delle sue sinfonie sono state registrate nell'aprile 2002 dai London Mozart Players, diretti da Matthias Bamert (Chandos 10048). Herschel si trasferì a Sunderland nel 1761 quando Charles Avison lo ingaggiò immediatamente come primo violino e solista per la sua orchestra di Newcastle, dove suonò per una stagione. In "Sunderland nella contea di Durh: apprill [sic] 20th 1761" scrisse la sua sinfonia n. 8 in do minore. Era a capo della banda della Milizia Durham 1760–61 e visitò la casa di Sir Ralph Milbanke ad Halnaby Hall nel 1760, dove scrisse due sinfonie, oltre a esibirsi lui stesso. Dopo Newcastle si trasferì a Leeds e Halifax dove fu il primo organista della chiesa di San Giovanni Battista (ora Halifax Minster). Divenne organista della Octagon Chapel, Bath, una cappella alla moda in un noto centro termale, nella quale città fu anche direttore dei concerti pubblici. Fu nominato organista nel 1766 e tenne il suo concerto introduttivo il 1 ° gennaio 1767. Poiché l'organo era ancora incompleto, dimostrò la sua versatilità eseguendo le sue composizioni tra cui un concerto per violino, un concerto per oboe e una sonata per clavicembalo. L'organo fu completato nell'ottobre 1767. Sua sorella Caroline arrivò in Inghilterra nel 1772 e visse con lui a New King Street, a Bath. La casa che hanno condiviso è ora la sede del Museo di Astronomia Herschel. I suoi fratelli Dietrich, Alexander e Jakob (1734–1792) apparvero anche come musicisti di Bath. Nel 1780, Herschel fu nominato direttore dell'orchestra di Bath, con sua sorella che appariva spesso come solista soprano. La musica di Herschel lo ha portato ad un interesse per la matematica e gli obiettivi. Il suo interesse per l'astronomia divenne più forte dopo che fece la conoscenza dell'astronomo inglese Royal Nevil Maskelyne. Iniziò a costruire i suoi telescopi riflettenti e passava fino a 16 ore al giorno a levigare e lucidare gli specchi primari in metallo dello speculum. Iniziò a "guardare i pianeti e le stelle" nel maggio 1773 e il 1 ° marzo 1774 iniziò un diario astronomico annotando le sue osservazioni degli anelli di Saturno e della Grande Nebulosa di Orione (M 42). Il primo lavoro di osservazione di Herschel si concentrò presto sulla ricerca di coppie di stelle che erano molto vicine visivamente. Gli astronomi dell'epoca si aspettavano che i cambiamenti nel tempo nella separazione apparente e nella posizione relativa di queste stelle avrebbero fornito prove sia per il corretto moto delle stelle sia, per mezzo di spostamenti di parallasse nella loro separazione, per la distanza delle stelle dalla Terra (a metodo suggerito per primo da Galileo Galilei). Dal giardino sul retro della sua casa in New King Street, Bath, e utilizzando un'apertura di 6,2 pollici (160 mm), telescopio newtoniano di 7 piedi di lunghezza focale (2,1 m) (f / 13) "con uno speculum più maiuscolo" di di sua produzione, nell'ottobre 1779, Herschel iniziò una ricerca sistematica di tali stelle tra "ogni stella nei Cieli", con nuove scoperte elencate fino al 1792. Ben presto scoprì molte più stelle binarie e multiple del previsto e le compilò con misurazioni accurate delle loro posizioni relative in due cataloghi presentati alla Royal Society di Londra nel 1782 (269 sistemi doppi o multipli) e nel 1784 (434 sistemi). Un terzo catalogo delle scoperte fatte dopo il 1783 fu pubblicato nel 1821 (145 sistemi). Nel 1797 Herschel misurò di nuovo molti dei sistemi e scoprì cambiamenti nelle loro posizioni relative che non potevano essere attribuiti alla parallasse causata dall'orbita terrestre. Ha aspettato fino al 1802 (in Catalogo di 500 nuove nebulose, stelle nebulose, nebulose planetarie e ammassi di stelle; con osservazioni sulla costruzione dei cieli) per annunciare l'ipotesi che le due stelle potrebbero essere "sistemi siderali binari" orbitanti sotto reciproca attrazione gravitazionale, ipotesi che confermò nel 1803 nel suo Conto dei Cambiamenti avvenuti, negli ultimi venticinque anni, nella relativa Situazione delle Doppie Stelle; con un'indagine sulla causa a cui sono dovuti. In tutto, Herschel ha scoperto oltre 800 sistemi stellari doppi o multipli confermati, quasi tutti fisici piuttosto che coppie virtuali. Il suo lavoro teorico e di osservazione ha fornito le basi per la moderna astronomia delle stelle binarie; i nuovi cataloghi aggiunti al suo lavoro non furono pubblicati fino a dopo il 1820 da Friedrich Wilhelm Struve, James South e John Herschel. Nel marzo 1781, durante la sua ricerca di stelle doppie, Herschel notò un oggetto che appariva come un disco non stellare. Herschel inizialmente pensava che fosse una cometa o una stella. Ne fece molte altre osservazioni e in seguito l'accademico russo Anders Lexell calcolò l'orbita e scoprì che era probabilmente planetaria. Herschel stabilì d'accordo che doveva essere un pianeta oltre l'orbita di Saturno. Ha chiamato il nuovo pianeta la "stella georgiana" (Georgium sidus) dopo il re Giorgio III, che gli ha anche portato il favore; il nome non si è attaccato. In Francia, dove il riferimento al re britannico doveva essere evitato se possibile, il pianeta era conosciuto come "Herschel" fino a quando il nome "Urano" non fu universalmente adottato. Lo stesso anno, Herschel è stato insignito della Medaglia Copley ed è stato eletto Fellow della Royal Society. Nel 1782 fu nominato "L'astronomo del re" (da non confondere con l'astronomo reale). Successivamente si trasferì con sua sorella a Datchet (allora nel Buckinghamshire ma ora nel Berkshire) il 1 ° agosto 1782. Continuò il suo lavoro come costruttore di telescopi e raggiunse una reputazione internazionale per la loro produzione, vendendo con profitto oltre 60 riflettori completati ad astronomi britannici e continentali . Dal 1782 al 1802, e più intensamente dal 1783 al 1790, Herschel condusse indagini sistematiche alla ricerca del "cielo profondo" o oggetti non stellari con due lunghezze focali di 20 piedi (610 cm), un'apertura di 12 pollici (30 cm) e 18,7- telescopi con apertura in pollici (47 cm) (in combinazione con il suo strumento preferito con apertura da 6 pollici). Escludendo le voci duplicate e "perse", Herschel alla fine scoprì oltre 2400 oggetti da lui definiti nebulose. (A quel tempo, nebulosa era il termine generico per qualsiasi oggetto astronomico visivamente esteso o diffuso, comprese le galassie oltre la Via Lattea, fino a quando le galassie non furono confermate come sistemi extragalattici da Edwin Hubble nel 1924.) Herschel pubblicò le sue scoperte in tre cataloghi: Catalogo di mille nuove nebulose e ammassi di stelle (1786), Catalogo di un secondo migliaio di nuove nebulose e ammassi di stelle (1789) e il già citato Catalogo di 500 nuove nebulose ... (1802). Ha organizzato le sue scoperte in otto "classi": (I) nebulose luminose, (II) nebulose deboli, (III) nebulose molto deboli, (IV) nebulose planetarie, (V) nebulose molto grandi, (VI) ammassi molto compressi e ricchi di stelle, (VII) ammassi compressi di stelle piccole e grandi [deboli e luminose] e (VIII) ammassi di stelle grossolanamente sparsi. Le scoperte di Herschel furono integrate da quelle di Caroline Herschel (11 oggetti) e suo figlio John Herschel (1754 oggetti) e pubblicate da lui come Catalogo generale di nebulose e ammassi nel 1864. Questo catalogo è stato successivamente modificato da John Dreyer, integrato con le scoperte di molti altri astronomi del XIX secolo e pubblicato nel 1888 come Nuovo Catalogo Generale (abbreviato NGC) di 7840 oggetti del cielo profondo. La numerazione NGC è ancora l'etichetta identificativa più comunemente usata per questi punti di riferimento celesti. Nel 1783 diede a Caroline un telescopio e lei iniziò a fare scoperte astronomiche a pieno titolo, in particolare le comete. Ha scoperto o osservato otto comete, undici nebulose e, su suggerimento di suo fratello, ha aggiornato e corretto il lavoro di Flamsteed che dettagliava la posizione delle stelle. Questo è stato pubblicato come British Catalogue of Stars. È stata onorata dalla Royal Astronomical Society per questo lavoro. Caroline continuò anche a servire come sua assistente, spesso prendendo appunti mentre osservava al telescopio. Nel giugno 1785, a causa delle condizioni di umidità, lui e Caroline si trasferirono a Clay Hall a Old Windsor. Nel 1786, gli Herschel si trasferirono in una nuova residenza in Windsor Road a Slough. Ha vissuto il resto della sua vita in questa residenza, che divenne nota come Observatory House. Non è più in piedi. Il 7 maggio 1788 sposò la vedova Mary Pitt (nata Baldwin) nella chiesa di St Laurence, Upton a Slough. Sua sorella Caroline si è poi trasferita in alloggi separati, ma ha continuato a lavorare come sua assistente. Durante la sua carriera ha costruito più di quattrocento telescopi. Il più grande e famoso di questi era un telescopio riflettente con a 49 ¹⁄₂specchio primario da 1,26 m di diametro e una lunghezza focale di 12 m. A causa della scarsa riflettività degli specchietti di quel giorno, Herschel ha eliminato il piccolo specchio diagonale di un riflettore newtoniano standard dal suo progetto e ha inclinato il suo specchio primario in modo da poter visualizzare direttamente l'immagine formata. Questo progetto è stato chiamato il telescopio Herscheliano. Il 28 agosto 1789, la sua prima notte di osservazione con questo strumento, scoprì una luna nuova di Saturno. Una seconda luna è seguita entro il primo mese di osservazione. Il "telescopio da 40 piedi" si è rivelato molto ingombrante e la maggior parte delle sue osservazioni sono state effettuate con un riflettore più piccolo da 18,5 pollici (47 cm) con una lunghezza focale di 20 piedi (6,1 m). Herschel ha scoperto che le aperture del telescopio non riempite possono essere utilizzate per ottenere un'elevata risoluzione angolare, qualcosa che è diventato la base essenziale per l'imaging interferometrico in astronomia (in particolare Aperture Masking Interferometry e ipertelescopi). Herschel era sicuro di aver trovato ampie prove della vita sulla Luna e le aveva paragonate alla campagna inglese. Non si è astenuto dal teorizzare che gli altri pianeti fossero popolati, con un interesse speciale per Marte, che era perfettamente in linea con la maggior parte dei suoi scienziati contemporanei.  Al tempo di Herschel, gli scienziati tendevano a credere in una pluralità di mondi civilizzati, mentre la maggior parte dei pensatori religiosi si riferiva a proprietà uniche della terra. Herschel è andato così lontano a ipotizzare che l'interno del sole fosse popolato. Herschel ha iniziato a esaminare la correlazione tra variazione solare e ciclo solare e clima. Per un periodo di 40 anni (1779-1818), Herschel aveva osservato regolarmente le macchie solari e le loro variazioni in numero, forma e dimensione. La maggior parte delle sue osservazioni si sono svolte in un periodo di bassa attività solare, il minimo di Dalton. Pertanto l'attività solare si è comportata in modo molto insolito. Questo è stato uno dei motivi per cui Herschel non è stato in grado di identificare il periodo standard di 11 anni nell'attività solare.  Herschel ha confrontato le sue osservazioni con la serie dei prezzi del grano pubblicata da Adam Smith in The Wealth of Nations. 1801 Herschel riferì le sue scoperte alla Royal Society e indicò cinque periodi prolungati di poche macchie solari correlate con il grano costoso.

Il risultato di questa revisione dei cinque periodi precedenti è che, dal prezzo del grano, sembra probabile che si sia verificata generalmente una temporanea scarsità o difetto di vegetazione, quando il sole è stato privo di quelle apparenze che supponiamo essere sintomi di una copiosa emissione di luce e calore.

Lo studio di Herschel è stato ridicolizzato da alcuni dei suoi contemporanei, ma ha avviato ulteriori tentativi per trovare una correlazione. Più tardi nel 19 ° secolo, William Stanley Jevons ha proposto il ciclo di 11 anni e l'idea di base di Herschels di una correlazione tra una bassa quantità di macchie solari e rendimenti inferiori per spiegare i boom e le crisi ricorrenti nell'economia. La speculazione di Herschels su una connessione tra le macchie solari e il clima regionale, utilizzando il prezzo di mercato del grano come proxy, continua ad essere citata regolarmente fino ad oggi. Secondo uno studio dell'Israel Cosmic Ray Center sull'influenza dell'attività solare sul mercato storico del grano in Inghilterra, tutti e dieci i cicli solari tra il 1600 e il 1700 mostrano prezzi elevati del grano che coincidono con una bassa attività, e viceversa. L'argomento è ancora oggetto di controversie e il significato della correlazione è messo in dubbio da alcuni scienziati. Herschel era un uomo di scienza e ha al suo attivo diverse importanti scoperte:

• Nella sua successiva carriera, Herschel scoprì due lune di Saturno, Mimas ed Encelado; così come due lune di Urano, Titania e Oberon. Non ha dato a queste lune i loro nomi; sono stati nominati da suo figlio John nel 1847 e nel 1852, rispettivamente, dopo la sua morte.
• Nel 2007 il dottor Stuart Eves ha citato la prova che Herschel potrebbe aver scoperto anelli intorno a Urano.
• Herschel misurò l'inclinazione assiale di Marte e scoprì che le calotte polari marziane, osservate per la prima volta da Giovanni Domenico Cassini (1666) e Christiaan Huygens (1672), cambiavano dimensione con le stagioni del pianeta.
• Dallo studio del moto proprio delle stelle, è stato il primo a rendersi conto che il sistema solare si sta muovendo attraverso lo spazio e ha determinato la direzione approssimativa di quel movimento.
• Ha anche studiato la struttura della Via Lattea e ha concluso che aveva la forma di un disco. Assunse erroneamente che il sole fosse al centro del disco, una teoria nota come galattocentrismo, che alla fine fu corretta dalle scoperte di Harlow Shapley nel 1918.
• Ha anche coniato la parola "asteroide", che significa come una stella (dal greco asteroeides, aster "stella" + -eidos "forma, forma"), nel 1802 (poco dopo che Olbers scoprì il secondo pianeta minore, 2 Pallas, alla fine di marzo), per descrivere l'aspetto stellare delle piccole lune dei pianeti giganti e dei pianeti minori; i pianeti mostrano tutti i dischi, in confronto. Nel 1850 "asteroide" divenne un termine standard per descrivere alcuni pianeti minori.
• L'11 febbraio 1800, Herschel stava testando i filtri per il sole in modo da poter osservare le macchie solari. Quando ha usato un filtro rosso ha scoperto che veniva prodotto molto calore. Herschel ha scoperto la radiazione infrarossa alla luce del sole facendola passare attraverso un prisma e tenendo un termometro appena oltre l'estremità rossa dello spettro visibile. Questo termometro doveva essere un controllo per misurare la temperatura dell'aria ambiente nella stanza. È rimasto scioccato quando ha mostrato una temperatura più alta dello spettro visibile. Ulteriori sperimentazioni portarono alla conclusione di Herschel che doveva esistere una forma invisibile di luce oltre lo spettro visibile.
• Herschel usò un microscopio per stabilire che il corallo non era una pianta, come molti credevano all'epoca, poiché mancava delle pareti cellulari caratteristiche delle piante.

William Herschel e Mary ebbero un figlio, John, nato all'Observatory House il 7 marzo 1792. Il background personale di William e la sua ascesa come uomo di scienza hanno avuto un profondo impatto sull'educazione di suo figlio e dei suoi nipoti. Fu eletto membro onorario straniero dell'Accademia americana delle arti e delle scienze nel 1788. Nel 1816, William fu nominato cavaliere dell'ordine reale guelfo dal principe reggente e gli fu accordato il titolo onorario di "signore" sebbene questo non fosse l'equivalente di un cavalierato britannico ufficiale. Ha contribuito a fondare la Società Astronomica di Londra nel 1820, che nel 1831 ha ricevuto una carta reale e divenne la Royal Astronomical Society. Nel 1813 fu eletto membro straniero dell'Accademia reale svedese delle scienze. Il 25 agosto 1822, Herschel morì all'Osservatorio House, Windsor Road, Slough, e fu sepolto nella vicina chiesa di St Laurence, Upton, Slough. L'epitaffio di Herschel è

Coelorum perrupit claustra. (Ha sfondato le barriere dei cieli.)

Anche il figlio di Herschel, John Herschel, divenne un famoso astronomo. Uno dei fratelli di William, Alexander Herschel, si trasferì definitivamente in Inghilterra, vicino a sua sorella Caroline e al nipote John. Caroline è tornata ad Hannover dopo la morte di suo fratello. Morì il 9 gennaio 1848.

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