William Herschel

William Herschel

Wilhelm Herschel werd op 15 november 1738 in Hannover geboren.

Hij was de tweede zoon in het gezin van tien kinderen. Zijn vader Isaac was hobospeler in de muziekkapel van de Hannove riaanse Wacht. Hij leerde Wilhelm viool en hobo spelen en bracht hem eveneens zijn eigen enthousiasme voor astronomie bij. In 1753 voegde Wilhelm zich bij zijn vader en zijn oudere broer Jacob in de regimentskapel. Hieraan kwam in 1757 een plotseling einde, toen de Hannoveranen in de slag bij Hastenbeck door de Fransen werden verslagen. Zijn vader werd gevangen genomen en zijn beide zoons weken uit naar Engeland, omdat ze niet terug naar huis konden doordat de Fransen hun geboortestad hadden ingenomen.

In Engeland veranderde Wilhelm zijn voornaam in William.

Na enkele betrekkingen als musicus, meestal in Yorkshire, werd William in 1766 tot organist in Bath benoemd. De plichten als kapelorganist waren niet zwaar. Hierdoor had hij ruim de tijd om zowel muziekles te geven als om concerten te organiseren. Die bezorgden hem de nodige financiën om zich meer en meer aan de astronomie te kunnen wijden.

In 1772 liet Herschel zijn jongste zuster Caroline overkomen.

Het jaar daarop kocht hij een kwadrant en verscheidene boeken over astronomie. De zomer bracht hij door met de ontwikkeling van de lenzentelescopen met steeds grotere brandpuntafstanden.

Hiervoor gebruikte hij gekochte lenzen. Eerst bouwde hij een telescoop met een lengte van 120 centimeter. Daarna een van 360 en een van 450 centimeter lengte en uiteindelijk zelfs een instrument met een brandpuntafstand van maar liefst 9 meter. Het is nauwelijks nodig te vertellen dat deze lenzen kijker nauwelijks te hanteren was.

In 1663 had de Schotse wis-, natuurkundige en astronoom James Gregory (1638-1675) de spiegeltelescoop uitgevonden. Begin september 1773 huurde Herschel een Gregory-spiegeltelescoop met een lengte van 60 centimeter. Die telescoop was zoveel makkelijker om mee te werken, dat hij besloot er zelf een te bouwen. Tegen het eind van de maand had hij reeds de benodigde werktuigen en enkele half afgewerkte spiegels van een van zijn kennissen gekocht en volgde hij zorgvuldig de instructies van Halley en Molyneux op, die hij had gevonden in een boek dat al 35 jaar oud was, maar zeker nog niet achterhaald. Zijn eerste Gregory-telescop bleek geen succes, maar de tweede, een Newtontelescoop, toonde hem de ringen van Saturnus en de Orionnevel. Zijn enthousiasme in zijn hobby breidde zich explosief uit. Spoedig werd zijn hele huis erdoor in beslag genomen. In 1773 beschreef zijn zuster Caroline de toestand thuis als volgt: «een schrijnwerker maakt in de woonkamer een buis met onderstellen, Alex (de jongere broer van William) stelt in de slaapkamer een draaibank op om de vormen te maken en oculairs te draaien, terwijl ik moet proberen me te ver maken met het rollen van kartonnen buizen.» Een jaar later verhuisde Herschel. Tegen die tijd had hij twee Newton spiegeltelescopen gebouwd; één met een opening van 11 cm en een brandpuntafstand van 2 meter, de ander met een opening van 23 cm en een brandpuntafstand van 3 meter.

Al deze activiteiten als meubelmaker, musicus en polijster van optische onderdelen overdag, werden 's nachts aangevuld met zijn waarnemingen. De telescopen van Herschel gaven beelden van een kwaliteit die nog nooit was bereikt. In 1777 begon hij alle sterren in de catalogus van John Flamsteed (1646-1720) na te lopen. De beelden van de sterren in zijn spiegeltelescopen waren misschien maar een tiende van de wazige vlekken, waarmee John Flamsteed en Edmund Halley vrede mee hadden moeten hebben. Daarom kon Herschel zien dat vele van die sterren geen enkelvoudige lichtpuntjes waren, maar wel dicht bij elkaar liggende paren. Hiermee had hij dus als eerste de dubbelsterren ontdekt. Bij de eerste controle maakte hij gebruik van zijn 11 cm-telescoop en observeerde hij alle sterren met een helderheid groter dan magnitude vier. Voor deze controle had hij twee redenen. Allereerst wilde hij de enkelvoudige sterren, waarvan de vroeger gemeten posities nog als juist konden worden beschouwd, van de dicht bij elkaar gelegen dubbelsterren onderscheiden, waarvan bij vroegere metingen alleen een positie voor het midden van de wazige vlek was bepaald. Het tweede motief was, dat hij dicht bij elkaar gelegen dubbelsterren wilde vinden, waarvan de ene helder was en dus wellicht dicht bij de aarde stond en de zwakke vermoedelijk erg ver van ons vandaan stond. Zulke stercombinaties zouden dan een goede waarnemingsbasis betekenen op zoek naar de zo moei lijk meetbare sterparallaxen en dus naar de afstanden tot de sterren. De atmosferische lichtbreking, de verstrooiing van het sterlicht en de fouten in de opstelling van de telescoop zouden op beide sterren evenveel invloed hebben, zodat elk gering verschil in de positie van de nabije ster, als gevolg van de beweging van de aarde, makkelijker aan toonbaar zou zijn.

In maart 1781, kort nadat hij verhuisd was, was Herschel met zijn tweede controle toe aan het sterrenbeeld Tweelingen. Op 13 maart zag hij in het gezichtsveld van zijn telescoop een zwak lichtend object, dat in tegenstelling tot sterren in de buurt, zich als een heldere schijf aftekende. In de loop van de nacht bewoog de schijf zich duidelijk ten opzichte van andere sterren en in de volgende nacht was de positie reeds zo'n boogminuut veranderd. Die positieverandering was vol doende om te bewijzen dat het om een hemellichaam ging dat tot het zonnestelsel behoorde. Herschel vermoedde dat hij een nieuwe komeet had ontdekt. In een brief aan de twee belangrijkste astronomen van Engeland, Nevil Maskelyne (1732-1811), directeur van de sterrenwacht van Greenwich en Hornsby, professor in de astronomie te Oxford, schreef hij dan ook die ontdekking neer. De totaal onthutsende superioriteit van Herschels telescoop werd bewezen door de reacties. Hornsby kon het nieuwe hemellichaam niet eens vinden. Maskelyne vond het object wel, maar hij kon niet nameten hoever het zich van Herschels referentiesterren had verwijderd. Maskelyne kon de desbetreffende sterren zien, maar ze schenen zo zwak in zijn telescoop, dat hij ze enkel bij volledige duisternis kon waarnemen. Als hij het dradenkruis verlichtte voor de opmeting kon hij onmogelijk de sterren zien, waarvan hij de positie moest meten.

De verrassing wegens het vermogen van Herschels telescoop sloeg om in verbazing en ongeloof, toen zijn voorlopige resultaten door de Koninklijke Academie voor Wetenschappen werden gepubliceerd. Zijn verslag bevatte een meting van de diameter van de «komeet» - vijf boogseconden - en maakte heel terloops melding van het gebruik van oculairen met uitzonderlijke vergroting. Als er iets was, wat de profes sionele sterrenkundigen absoluut en altijd aan hun amateur collega's zouden duidelijk maken, dan was het toch zeker dat krachtige oculairen helemaal geen nut hadden. Wanneer een telescoop met een oculair met een vergroting van 200 maal een wazig beeld gaf, dan zou het gebruik van een oculair met een vergroting van 600 maal enkel een driemaal grotere wazige vlek produceren. Meer details konden echt niet waargenomen worden en het zorgvuldig gebundelde sterlicht zou zodanig worden verspreid, dat de vlek niet alleen groter, maar ook zwakker werd. En nu was er die plattelands amateur die ongehoorde vergrotingen voor het oculair ge bruikte en er ook nog ontdekkingen mee deed! De ontdekking was aanvankelijk «nieuw en interessant» ge weest. Maar toen nauwkeurige metingen waren verricht en Herschel de baan van zijn «komeet» had bepaald, werd ze ineens «zonder eerder precedent» genoemd. Het was echter geen komeet: voor de eerste keer in de geschreven geschie denis was een nieuwe planeet ontdekt. De nieuwe baan was bijna tweemaal zover van de zon verwijderd als Saturnus, de tot dan verst verwijderde planeet. De nieuwe planeet stond zo enorm ver van de zon, dat ze maar liefst 84 jaar jaar nodig had om éénmaal om de zon te bewegen. Zodra die periode en de afstand bekend waren, was het niet moeilijk meer te berekenen dat de diameter van vijf boogseconden op een reusachtige planeet duidde en wel na Jupiter en Saturnus de derde grootste van het zonnestelsel. Hiermee was de diameter van de nieuwe planeet viermaal zo groot als de doorsnede van de aarde.

Als eerbetoon aan de Engelse koning George III noemde Herschel zijn planeet «Georgium Sidus». Deze naam werd door de wetenschappelijke wereld echter spoedig vervangen door die van de vader van Saturnus, de mythologische Uranus.

Als onmiddellijk resultaat van zijn verbijsterende ontdekking kreeg Herschel het verzoek zijn telescoop naar het paleis te brengen om het de koning te laten zien. Herschel ging eerst langs bij Nevil Maskelyne in Greenwich om er zijn telescoop te vergelijken met de beide telescopen van het observatorium en ook met de telescoop van Alexander Aubert, waarvan men zei dat het de beste telescoop was die Short ooit vervaardigd had. Maskelyne en Aubert kwamen onder de indruk van de superioriteit van Herschels spiegeltelescoop. Zij moesten toegeven dat het gebruik van sterk vergrotende oculairen door de uitstekende kwaliteit van de lenzen, wel degelijk mogelijk was.

Na verschillende officiële diners en een week griep, vertrok Herschel op 2 juli 1781 naar het koninklijk paleis in Windsor.

Het was een prachtige avond en Herschel schreef erover: «Mijn instrument schonk iedereen voldoening; de koning heeft zeer scherpe ogen en beleefde duidelijk enorm veel genoegen aan de waarnemingen met de telescoop.» Op aandringen van zijn vrienden vroeg Herschel de koning de daaropvolgende week om steun voor zijn astronomisch werk.

Dat had succes, want hij werd benoemd tot Koninklijk Astro noom met een jaarwedde van 200 pond. Zijn enige taak was de koninklijke familie een blik door zijn telescoop te gunnen, telkens als ze dat wilden. De toegekende jaarwedde was welis waar minder dan de helft van zijn inkomen in Bath, maar Her Herschel huurde toch een nieuw huis in de omgeving van Wind sor. Hij bracht zijn meubels over en tegen het einde van de maand stelde hij er zijn telescopen reeds op.

Voordat hij Bath verliet, vond Herschel toch nog even tijd om een reservespiegel van 30 cm diameter te gieten voor zijn pas voltooide telescoop van zes meter lengte. Dat bleek een gelukkige voorzorgsmaatregel, want de originele spiegel barstte door de hevige koude van de volgende winter kapot.

Met deze instrumenten en een nieuwe van 48 cm diameter en een brandpuntafstand van zes meter ging hij verder met het onderzoek van de hele sterrenhemel. Ditmaal werd hij door drie redenen gedreven. Niet alleen wilde hij zijn opzoek werk naar dubbelsterren uitbreiden, maar ook alle nevels nauwkeurig bestuderen en catalogiseren. Bovendien wilde hij het aantal sterren in alle richtingen, die waargenomen konden worden, precies bepalen.

Het onderzoekswerk naar dubbelsterren ging langzaam een andere richting uit. Herschel was tot de slotsom gekomen dat er veel te veel dicht bij elkaar liggende sterrenparen waren om het verschijnsel nog als een toevalligheid te kunnen beschouwen. Dit bracht zijn basisveronderstelling aan het wankelen dat een dicht bij elkaar gelegen sterren paar, waarvan een heldere en een zwakke, zich op verschil lende afstanden zou bevinden en daarom bruikbaar zou zijn voor de bestudering van de parallax. De sterren moesten in feite ook in de ruimte met elkaar verbonden zijn. Ander zijds waren er toen reeds enkele aanwijzingen, dat bij sommige dubbelsterren de beide sterren om elkaar bewogen.

Bij zijn onderzoek van de nevels werd Herschel aangespoord door een lijst van nevelachtige objecten die door de Fransman Charles Messier (1730-1817) in Parijs was ge publiceerd. Messier was een sterrenkundige, die met enorm enthousiasme nieuwe kometen probeerde te ontdekken. Bij haar eerste verschijning is een verre komeet slechts als een wazig vlekje tussen de sterren te herkennen. Om zich voor vergissingen te behoeden had Messier een lijst gemaakt van alle nevelachtige objecten die hij kon zien en onbeweeg lijk waren. Toen Herschel deze objecten nader onderzocht, ontdekte hij dat zijn betere telescopen veel van deze wazige hemellichamen konden oplossen in afzonderlijke sterren. Aanvankelijk dacht Herschel dat alle nevels slechts verzamelingen sterren waren en dat je dat ook zou kunnen waarnemen als je voldoende sterke en precieze telescopen had.

Herschels derde motief was zoals vermeld de bepaling van het aantal sterren dat hij in de verschillende delen van het heelal kon zien. Dit betekende een onderzoek, waarvoor niet enkel degelijke instrumenten, maar ook een diepgaand inzicht in samenhang was vereist. Met zijn voorstelling van het zonnestelsel en zijn omgeving maakte hij een enorme geestelijke sprong in de toekomst. Zonder te weten dat zo'n 25 jaar eerder Thomas Wright (1711-1786) soortgelijke ideeën had geopperd, maar daarna weer ingetrokken, besefte Herschel dat de zon zelf misschien in zo'n sterrengroep lag. Het verschijnsel van de melkweg zou dan verklaard kunnen worden door te veronderstellen dat die verzameling sterren zich in een vlakke schijf bevond, waarvan veel sterren te zien zijn, wanneer men in het vlak van de schijf kijkt, en be trekkelijk weinig wanneer men uit dat vlak wegkijkt. Hij ging ervan uit dat hij in alle richtingen dwars door de schijf kon kijken en ook dat alle sterren door elkaar genomen even helder waren. Met dit denkmodel kon Herschel zijn stertellingen in afstanden omzetten - veelvouden van de afstand tot Sirius, de helderste ster, en niet langer uitgedrukt in kilometers - en verwierf hij tegelijkertijd de eerste duidelijke indruk van de vorm van het melkwegstel sel.

Bij deze onderzoekingen bestond een hechte samenwerking tussen Herschel en zijn zuster Caroline, die aan de voet van de telescoop de nodige aantekeningen maakte, zodat de ogen van haar broer zich niet telkens aan de duisternis hoefden aan te passen, na zijn waarnemingen bij het licht van een lamp te hebben neergeschreven. Maar hij deed nog meer dan het onderzoek in deze drie genoemde hoofdgroepen.

Dankzij de enorme kwaliteit van zijn telescoop kon Herschel de rotatie-as van Mars bepalen en de beweringen weerleggen, dat er op Venus bergen zouden bestaan. Soms kon de superio riteit van zijn instrumenten anderen in grote staat van ver legenheid brengen, zoals die keer dat hij een brief naar Aubert schreef, waarin hij zijn collega verzocht te beves tigen dat de Poolster een dubbelster was, terwijl geen enkele astronoom dit kon zien en niemand hem in het begin wilde geloven.

Ook bij ongunstige omstandigheden bleef Herschel zijn waar nemingen verrichten en telescopen vervaardigen. De winter van 1783 was ongewoon koud. Zelfs de inkt bevroor en zijn spiegel brak. Om het iets minder koud te hebben moest Caroline in het pikkedonker rondjes maken rond de met sneeuw bedekte 6-meter telescoop. Ze gleed daarbij uit en raakte zwaar geblesseerd. En in een vruchteloze poging om koorts rillingen tegen te gaan streek Herschel zich volledig in met een rauwe ui. De vochtigheid in huize Herschel kwam noch de gezondheid, noch de waarnemingen ten goede, zodat de familie in 1785 en nogmaals in 1786 verhuisde, om zich uiteindelijk in Slough te vestigen. De naam verwijst naar «moerassig», maar het was er heel wat minder vochtig dan in Herschels huis nabij Windsor.

In Slough begon hij dankzij een schenking van de koning aan de bouw van een spiegeltelescoop met een brandpunt afstand van 12 meter en een opening van 120 centimeter.

Deze opening was meer dan tweemaal zo groot dan de opening van zijn 6-meter telescoop, die toch al de grootste ter wereld was. Hij begon aan het project ondanks een vroegere mislukking bij het gieten van een spiegel met een diameter van 90 cm. Toen was de gietvorm opengebarsten en was het gesmolten metaal op de vloer terechtgekomen. De tegels waren aan stukken gesprongen en een mengsel van steen splinters en roodgloeiend metaal was door de kamer ge spetterd.

De eerste spiegel voor zijn nieuwe telescoop werd in 1785 door een professionele metaalgieter uit Londen gegoten. Het resultaat woog bijna een halve ton, hoewel de spiegel dunner was dan gevraagd. Herschel organiseerde een groep arbeiders die hem bij het slijpen en polijsten zou helpen. Hoe hard er ook geslepen en gepolijst werd, een goed resultaat bleef uit. Daarom werd een tweede spiegel gegoten. Deze barstte zodat een derde spiegel nodig was. Die was dikker en zwaarder dan de vorige spiegels. Er waren dan ook 24 arbeiders nodig om hem op de polijsttafel te hijsen. Na lange en moeizame arbeid produceerde de spiegel nog steeds slechte beelden.

Herschel spendeerde vervolgens bijna een volledig jaar aan de ontwikkeling van een polijstmachine, die heel wat nauwkeuriger en makkelijker te bedienen was dan een on handige groep ongemotiveerde arbeiders. Op 27 augustus 1789 was het dan eindelijk zover. De spiegel werd goed genoeg bevonden om hem in de telescoop in te bouwen. Deze telescoop was speciaal voor deze spiegel ontworpen. Met het nieuwe instrument, die meestal de «40 voets-telescoop» werd genoemd, had hij vrijwel direct succes. Tijdens de tweede nacht dat hij zijn nieuwe telescoop gebruikte, ontdekte Herschel Enceladus, de zesde maan van de planeet Saturnus en zag hij duidelijker dan voorheen de vlekken op de planeet.

Hoewel de reusachtige telescoop van Herschel zo'n uitstekende start kende, werd hij toch lang niet zo vaak gebruikt als zijn kleinere instrumenten. Dat zijn grote telescoop toch geen doorslaand succes werd, kwam voor een groot deel omdat de hemel boven Slough slechts zo'n honderd uur per jaar echt geschikt was voor waarnemingen. De grote telescoop was te moeilijk hanteerbaar om zulke korte gelegenheden volledig te kunnen benutten. In 1815 werd de laatste waarneming met dit instrument verricht.

Het merendeel van zijn onderzoekingen verrichtte Herschel met de 6-meter telescoop en later, toen hij de zestig reeds voorbij was, met een 3-meter telescoop met de ongewoon grote spiegelmiddellijn van 60 cm. De hoeveelheid baanbrekend werk tussen 1789 en 1822 was ongehoord groot: in 1789 volgde een tweede catalogus van nevels en in 1802 een derde.

Studies over Saturnus brachten een zevende maan aan het licht (Mimas), samen met de rotatiesnelheid van de planeet.

Artikelen over «veranderlijke» sterren werden gevolgd door metingen van de helderheden van sterren. Andere steronder zoeken omvatten de eerste waarnemingen van sterspectra, nog meer studies over dubbelsterren en in 1811 kwam de ontdekking dat sommige nevels geen verzamelingen van sterren waren, maar werkelijk uit fijnverdeelde materie bestonden. Binnen het zonnestelsel onderzocht hij de grootte van Venus, bepaalde de rotatietijd van Mars, ontdekte de poolkappen van deze planeet, bepaalde nauwkeurig de omlooptijden van de manen van Jupiter, ontdekte in 1787 de manen Titania en Oberon van Uranus en in 1789 zoals gezegd de manen Mimas en Enceladus.

Bovendien deed hij waarnemingen aan de kometen van 1807 en 1811 en onderzocht hij de structuur van de zon.

In 1800 begon Herschel aan een onderzoek naar de ver warmende effecten van de verschillende kleuren in het spectrum van de zon. Het belangrijkste doel hiervan was filters te kunnen ontwikkelen, waardoor de zonnestralen niet langer de spiegel van zijn telescoop konden vervormen.

Hij ontdekte niet alleen dat rood licht een groter verwarmend effect had dan groen licht, maar ook dat voorbij het rode licht er nog een «onzichtbaar licht» moest zijn, dat zich gedroeg volgens de gewone wetten van de optica en een groot deel van de stralingswarmte van de zon meevoerde.

Deze ontdekking van het infrarood was op zichzelf al vol doende geweest om Herschel een internationale faam te bezorgen, zelfs al had hij zich helemaal niet met sterren kunde ingelaten. Het andere probleem was wel iets subtieler.

Indien de zon, zoals Herschel had aangetoond, een ster was in een enorm sterrenstelsel, dan moet het hele stelsel in beweging zijn. Was die beweging naar binnen toe, dan zou het hele stelsel onder invloed van de zwaartekracht in elkaar storten. Hij vermoedde daarom dat het melkwegstelsel in een evenwichtige draaibeweging was, zoals het zonnestelsel. Aan zo'n beweging is een perspectivisch effect verbonden: wanneer men zich in de richting van enkele voorwerpen beweegt, zoals bomen, straatlantaarns en dergelijke, dan lijken die voorwerpen uit elkaar te gaan en zich naar de randen van het eigen gezichtsveld te bewegen. En andersom: wanneer men zich van die voorwerpen verwijdert, lijken ze zich naar elkaar toe te bewegen. Herschel analyseerde de be weging van alle sterren, waarvan de verplaatsing was gemeten en kwam tot de conclusie dat de zon inderdaad in beweging was en dat die beweging in de richting van een punt in het sterrenbeeld Hercules verliep. Hiermee had hij de eigen beweging van de zon ontdekt.

In 1798 publiceerde Herschel drie catalogi die samen ongeveer 2500 nevels omvatten. In 1864 liet zijn enige zoon John Herschel de «General Catalogue of Nebulae» verschijnen waarin 5079 objecten vermeld staan. Hiervan werden er maar liefst 4630 door zijn vader en hemzelf ontdekt. Deze grote catalogus werd in 1888 door John L.E. Dreyer (1852-1926) uitgebreid tot 7840 objecten. Bijna alle heldere sterren stelsels staan in deze « New General Catagolue» ( NGC) ver meld.

In 1816 werd William Herschel in de adelstand verheven. Hij overleed op 83-jarige leeftijd op 25 augustus 1822 in Slough. Zijn reeds genoemde zuster Lucretia Caroline Herschel (1750-1848) ontdekte zelf meerdere nevels en acht kometen. Als toegewijde assistente van William had zij een behoorlijk aandeel in zijn stercatalogi omdat zij zelf ook een begaafd sterrenkundige was. Niet alleen op het vlak van waarnemingen, maar ook op dat van berekenen.

In 1822 ging zij terug naar haar geboorteplaats Hannover in Duitsland. Zij overleed op 9 januari 1848 in Roskilde op 97-jarige leeftijd.

William's zoon John Frederick William Herschel (1792-1871) behoorde tot de belangrijkste sterren-, natuur- en schei kundigen van zijn tijd. Hij studeerde af aan de universiteit van Cambridge. Na zijn studie begon hij met een systematisch onderzoek van de noordelijke hemel waarbij hij vele nieuwe nevels en dubbelsterren ontdekte. Van 1834 tot 1838 verbleef hij in Zuid-Afrika om, nabij Kaap de Goede Hoop, zijn onder zoekingen ook tot de zuidelijke hemel uit te breiden. Zijn waarnemingen zijn verzameld in zijn «Cape Observations» die in 1839 verschenen. Hij gaf verschillende catalogi van dubbelsterren uit, alsmede de reeds vermelde catalogus van 5079 sterrenhopen en nevels. Als een der eersten voerde hij de fotografie in de sterrenkunde in. In 1848 werd hij tot president van de Royal Astronomical Society gekozen en in 1850 tot koninklijk muntmeester. In 1831 werd hij in de adelstand verheven. Hij overleed op 11 mei 1871 op 79 jarige leeftijd in Collingwood in het Engelse graafschap Kent.