Фридрих Вильгельм Гершель родился 15 ноября 1738 года в Ганновере (ныне находится в Германии) в семье музыканта.
Он получил обширное, но несистематическое образование. Занятия по математике, астрономии, философии выявили его способности к точным наукам. Кроме этого, Вильгельм обладал большими музыкальными способностями и в четырнадцать лет вступил музыкантом в полковой оркестр. В 1757 году, после четырех лет военной службы, он уехал в Англию, куда несколько ранее переселился брат его Яков, капельмейстер ганноверского полка.
Не имея ни гроша в кармане, Вильгельм, ставший в Англии Уильямом, занялся в Лондоне перепиской нот. В 1766 году он переселился в город Бат, где скоро достиг большой известности как исполнитель, дирижер и музыкальный педагог.
Однако его неудержимо тянуло к науке, а точнее - к астрономии. Он продолжал самостоятельное образование и писал брату: "Как жаль, что музыка не в сотню раз труднее науки, я люблю деятельность и мне необходимо занятие".
Гершель изучает серьезные книги по оптике и астрономии. В 1773 году, уже будучи 35-летним, он впервые рассматривает ночное небо в небольшой телескоп с фокусным расстоянием около 75 см. Это захватывает его и… разочаровывает: наблюдение со столь малым увеличением не может удовлетворить его как исследователя. Поскольку средств на покупку более мощного телескопа не было, он решил сделать его сам. Купив необходимые инструменты и заготовки, он самостоятельно отлил и отшлифовал зеркало для своего первого телескопа. И в том же 1773 году изготовил телескоп с фокусным расстоянием более 1,5 м. Шлифовку зеркал Гершель производил вручную, часто работая по 10, 12 и даже 16 часов - причем подряд, так как остановка процесса шлифовки ухудшала качество зеркала. Работа оказалась не только тяжелой, но и опасной: однажды при изготовлении заготовки для зеркала взорвалась плавильная печь. Но ничто не могло остановить Гершеля на «пути к звездам»!
Сестра Каролина и брат Александр были верными и терпеливыми помощниками Уильяма в этой нелегкой работе. Трудолюбие и энтузиазм дали превосходные результаты. Зеркала, изготовленные Гершелем из сплава меди и олова, были прекрасного качества.
В 1775 году Гершель начал свой первый "обзор неба". В это время он еще продолжал зарабатывать себе на жизнь музыкальной деятельностью, но истинной его страстью становятся астрономические наблюдения. В перерывах между уроками музыки он занимается изготовлением зеркал для телескопов, вечерами дает концерты, а ночи проводит за наблюдением звезд.
13 марта 1781 года, во время наблюдений, Гершель заметил нечто необычное: "Между десятью и одиннадцатью вечера, когда я изучал слабые звезды…, я заметил одну, которая выглядела большей, чем остальные. Удивленный ее необычным размером, я … обнаружил, что она значительно больше любой из звезд. Я заподозрил, что это - комета". Объект имел ярко выраженный диск и смещался вдоль эклиптики. Сообщив другим астрономам об открытии "кометы", Гершель продолжал ее наблюдать. Через несколько месяцев два известных ученых - академик Петербургской академии наук А.И. Лексель и академик Парижской академии наук П. Лаплас, - вычислив орбиту открытого небесного объекта, доказали, что Гершель открыл новую планету, которая располагалась за Сатурном, считавшимся тогда самой удаленной от Солнца планетой. Планета, названная позднее Ураном, отстояла от Солнца почти на 3 миллиарда км и превышала объем Земли более чем в 60 раз. Впервые в истории науки была обнаружена новая планета, так как известные ранее планеты испокон веков наблюдались на небе невооруженным глазом. Открытие Урана раздвинуло границы Солнечной системы более чем в два раза и принесло славу ее первооткрывателю.
Через девять месяцев после открытия Урана, 7 декабря 1781 года, Гершель был избран членом Лондонского королевского астрономического общества, ему были присуждены степень доктора Оксфордского университета и золотая медаль Лондонского королевского общества (в 1789 году Петербургская академия наук избрала его почетным членом).
Открытие Урана определило дальнейшую научную карьеру Гершеля. Король Георг III, сам любитель астрономии и покровитель ганноверцев, назначил его в 1782 году "Королевским астрономом". Король также снабдил его средствами для постройки отдельной обсерватории в Слоу, близ Виндзора. Здесь 45-летний Гершель с юношеским жаром и необыкновенным постоянством принялся за астрономические наблюдения.
Главное внимание Гершель по-прежнему уделял усовершенствованию телескопов - он понимал, что только в более совершенный телескоп можно увидеть что-то новое. Его вершиной стал построенный в 1789 году телескоп-гигант (по тому времени), с трубой длиной 12 м и зеркалом диаметром 122 см. Этот телескоп оставался непревзойденным до 1845 года, когда ирландский астроном В. Парсонс построил еще больший телескоп - длиной почти 18 метров с зеркалом диаметром 183 см.
При помощи новейшего телескопа Гершель открыл два спутника Урана и два спутника Сатурна. Таким образом, с именем Гершеля связано открытие сразу нескольких небесных тел в солнечной системе. Но не в этом главное значение его замечательной деятельности.
И до Гершеля было известно несколько десятков двойных звезд, то есть близко расположенных звезд, видимых невооруженным глазом как одна звезда. Но такие звездные пары рассматривались как случайные сближения составляющих их звезд: не предполагалось, что двойные звезды широко распространены во Вселенной. Гершель на протяжении многих лет тщательно исследовал разные участки неба и открыл свыше 400 двойных звезд. Он исследовал расстояния между звездами, составляющими пару (в угловых мерах), их цвет и видимый блеск. В отдельных случаях звезды, считавшиеся ранее двойными, оказывались тройными и даже четверными (кратные звезды). Гершель пришел к выводу, что двойные и кратные звезды - это системы звезд, физически связанных между собой и, как он убедился, обращающихся вокруг общего центра тяжести согласно закону всемирного тяготения. Гершель был первым в истории науки астрономом, систематически исследовавшим двойные звезды.
Другим важнейшим достижением Гершеля было исследование так называемых «туманностей». С давних времен были известны яркая туманность в созвездии Ориона, а также туманность в созвездии Андромеды, видимые невооруженным глазом. Но только в XVIII веке по мере совершенствования телескопов было открыто много туманностей. Кант и Ламберт считали, что туманности - это целые звездные системы, другие Млечные Пути, но удаленные на колоссальные расстояния, на которых не могут быть различимы отдельные звезды.
Гершель проделал огромную работу, открывая и изучая новые туманности. Он использовал для этого все увеличивающуюся силу своих телескопов. Составленные им каталоги, первый из которых появился в 1786 году, насчитывают около 2500 туманностей. Задачей Гершеля было, однако, не просто отыскание туманностей, а раскрытие их природы. В его мощные телескопы многие туманности отчетливо разделялись на отдельные звезды и оказывались, таким образом, далекими от солнечной системы звездными скоплениями. В некоторых случаях туманность оказывалась звездой, окруженной туманным кольцом. Но другие туманности не разделялись на звезды даже при помощи самого мощного - 122-сантиметрового телескопа.
Сначала Гершель заключил, что почти все туманности в действительности являются собраниями звезд и самые дальние из них также разложатся на звезды в будущем - при наблюдениях в еще более мощные телескопы. При этом он допускал, что некоторые из этих туманностей представляют собой не звездные скопления в пределах Млечного Пути, а самостоятельные звездные системы. Дальнейшие исследования заставили Гершеля углубить и дополнить свои взгляды. Мир туманностей оказывался более сложным и многообразным, чей это ранее можно было предполагать.
Продолжая неутомимо наблюдать и размышлять, Гершель признал, что многие из наблюдаемых туманностей вообще нельзя разложить на звезды, так как они состоят из гораздо более разреженного вещества, чем звезды. Так Гершель пришел к выводу, что разреженное вещество, как и звезды, широко распространено во Вселенной. Естественно, возникал вопрос о роли этого вещества во Вселенной, о том, не является ли оно материалом, из которого возникли звезды. Еще в 1755 году И. Кант выдвинул гипотезу об образовании целых звездных систем из первоначально существовавшего рассеянного вещества. Гершель высказал смелую мысль, что различные виды неразложимых туманностей представляют собой разные стадии образования звезд. Путем уплотнения туманности из нее постепенно образуется либо целое скопление звезд, либо одна звезда, которая в начале своего существования еще окружена туманной оболочкой. Если Кант считал, что все звезды Млечного Пути когда-то образовались одновременно, то Гершель впервые предположил, что звезды имеют разный возраст и образование звезд продолжается непрерывно; оно происходит и в наше время.
Вместе с тем Гершель был убежден, что некоторые туманности являются далекими звездными системами, которые со временем будут разложены на отдельные звезды. И в этом он, так же как Кант и Ламберт, оказался прав.
Как уже было сказано, в XVIII веке было обнаружено собственное движение многих звезд. Гершелю путем расчетов удалось в 1783 году убедительно доказать, что и наша солнечная система движется по направлению к созвездию Геркулеса.
Но главной своей задачей Гершель считал выяснение строения звездной системы Млечного Пути, или нашей Галактики, ее формы и размеров. Этим он занимался несколько десятилетий. В его распоряжении не было тогда данных ни о расстояниях между звездами, ни об их размещении в пространстве, ни об их размерах и светимости. Не имея этих данных, Гершель предположил, что все звезды имеют одинаковую светимость и распределены в пространстве равномерно, так что расстояния между ними более или менее одинаковы, а Солнце находится около центра системы. При этом Гершель не знал явления поглощения света в мировом пространстве и считал, кроме того, что его телескопу-гиганту доступны и даже самые далекие звезды Млечного Пути. С помощью этого телескопа он производил подсчеты звезд в различных участках неба и пытался определить, как далеко в том или ином направлении простирается наша звездная система.
Однако исходные предположения Гершеля были ошибочны. Теперь известно, что звезды во много раз различаются между собой по светимости и что распределены они в Галактике неравномерно. Кроме того, наша Галактика так велика, что границы ее не были доступны даже телескопу-гиганту Гершеля. Поэтому он не мог прийти к правильным выводам о форме Галактики и о положении в ней Солнца, а размеры ее он сильно преуменьшил. Тем более ценен его правильный вывод, сделанный на основе столь неполных данных: Гершель заключил, что наша Галактика имеет форму диска. Глядя на Млечный Путь, мы направляем свой взгляд в плоскости этого диска.
Гершель занимался и другими вопросами астрономии. Он открыл инфракрасное излучение, догадавшись поместить термометр за красной границей солнечного спектра. Термометр нагревался, что явно указывало на наличие излучения там, где невооруженным глазом ничего не было видно. «В естествознании полезно сомневаться в общепринятых вещах», - заметил по этому поводу Гершель.
Свое увлечение астрономией Гершель сумел передать своим родным и близким. Его сестра Каролина, как уже говорилось, много помогала ему в научных работах. Изучив под руководством брата математику и астрономию, Каролина самостоятельно обработала его наблюдения, подготовила к публикации каталоги туманностей и звездных скоплений Гершеля. Много времени посвящая наблюдениям, Каролина открыла 8 новых комет и 14 туманностей. Она была первой женщиной-исследователем, принятой на равных в сообщество английских и европейских астрономов, избравших ее почетным членом Лондонского королевского астрономического общества и Ирландской королевской академии.
В 1788 году Гершель женился на англичанке Мэри Питт. Их сын Джон, родившийся в Слоу в 1792 году, уже в детстве обнаружил замечательные способности. Он тоже стал знаменитым астрономом.
Уильям Гершель умер 25 августа 1822 года.