Туманный Альбион встретил юношу неприветливо. Первое время Уильям, так его стали называть в Англии, зарабатывал себе на жизнь, переписывая ноты. Но через пару лет Гершелю повезло: он познакомился с лордом Дюргамом, который пригласил его преподавать музыку в полку, стоявшем на границе Шотландии. Уильям был весьма талантливым музыкантом и смог быстро сделать блестящую карьеру на этом поприще. В 1765 году его пригласили на должность церковного органиста в Галифаксе. Через год, когда Гершель перебрался в курортный город Бат, он уже приобрел известность и признание как музыкант, дирижер и педагог.

Но интересы Уильяма Гершеля музыкой не ограничивались. Он постоянно занимался самообразованием: изучал языки (латынь, греческий и итальянский), читал труды по истории музыки, математике. Его биограф Араго писал: «Музыка привела его к математике, а математика к оптике – главному основанию его славы». В 1773 году Гершель купил большое количество книг по оптике и астрономии. Всерьез заинтересовавшись этими науками, Уильям вскоре приобрел и свой первый телескоп: небольшой рефлектор с фокусным расстоянием в 75 см. Этот весьма несовершенный прибор быстро разочаровал астронома-любителя, и он стал искать возможность приобретения лучшего инструмента. К тому времени Гершель уже был довольно обеспеченным человеком, но покупка хорошего телескопа была ему не по карману. Казалось бы, такое обстоятельство должно было охладить пыл человека, который просто ради любопытства интересовался астрономией. Но не таков был Уильям Гершель. Он решил самостоятельно изготовить телескоп, который смог бы удовлетворить его запросы. Уильям закупил необходимые материалы и приступил к работе. Профессиональный музыкант отлил и отшлифовал зеркало, и к 1774 году его первый самодельный телескоп, рефлектор системы Ньютона с фокусным расстоянием в 170 см, был готов. Успех придал Гершелю уверенности, и он взялся за создание еще более совершенных инструментов. Менее чем за 10 лет Уильям создал несколько сотен телескопов. И это при том, что работа эта была весьма трудоемкой, особенно трудно давалась шлифовка зеркал. Процесс нельзя было прерывать, так как это отражалось на качестве зеркал. Иногда приходилось беспрерывно работать на протяжении 10–16 часов. Только через 15 лет Гершель смог создать специальную машину для шлифовки. Большую помощь в работе оказывал его младший брат Александр – очень одаренный механик.

Все это время Уильям не прекращал музыкальную деятельность. Днем он преподавал и работал над телескопами, вечером выступал с концертами, ночью изучал небесные светила. Интересно, что некоторые свои наблюдения Гершель успевал проводить даже во время антрактов. В 1775 году Уильям приступил к первому систематическому обзору звездного неба. Всего за свою жизнь он провел четыре таких обзора. При этом он ставил себе цель не пропустить ни одного неизвестного объекта. 13 марта 1781 года, когда Гершель уже проводил свой второй обзор, он сделал наблюдение, принесшее ему всемирную славу. Вот как он сам описывал его: «Между десятью и одиннадцатью вечера, когда я изучал слабые звезды в соседстве с Н. Близнецов, я заметил одну, которая выглядела большей, чем остальные. Удивленный ее необычным размером, я сравнил ее с Н. Близнецов и небольшой звездой в квадрате между созвездиями Возничего и Близнецов и обнаружил, что она значительно больше любой из них. Я заподозрил, что это – комета».

Предположение Гершеля о том, что открытый им объект является кометой, оказалось неверным. Через несколько месяцев астрономы Лексель и Лаплас вычислили орбиту найденного Гершелем объекта и доказали, что это была планета. Она получила название Уран. Поскольку все известные до того планеты люди знали еще с давних пор, можно сказать, что открытие Уильяма Гершеля стало не просто уникальным, но и первым в своем роде. Кроме того, оно более чем в два раза увеличило известные ученым границы Солнечной системы.

Открытие Урана сыграло важную роль и в жизни самого ученого. Он завершил свою музыкальную карьеру и стал профессиональным астрономом. 7 декабря 1781 года Гершель был избран в Лондонское королевское общество, которое наградило своего нового члена золотой медалью. Также ученый получил степень доктора Оксфордского университета. В 1782 году король Георг III сделал Гершеля своим придворным астрономом и назначил ему пожизненную пенсию в 300 гиней в год. Уильям покинул Бат, сменил несколько мест вблизи Виндзора – летней резиденции английских королей, и, в конце концов, в 1786 году поселился в Слоу. Король выделил астроному деньги на создание в Слоу новой обсерватории.

Став королевским астрономом, Гершель сумел также пристроить свою младшую сестру Каролину-Лукрецию. Она получила оплачиваемую должность ассистента-астронома и оказывала неоценимую помощь брату и в наблюдениях, и в кропотливой обработке результатов. Забегая вперед, скажем, что Каролина и сама сделала несколько серьезных открытий. Она обнаружила 8 новых комет и 14 туманностей. Можно сказать, что Каролина Гершель стала первой признанной научным обществом женщиной-астрономом. Ее избрали своим почетным членом Лондонское королевское астрономическое общество и Ирландская королевская академия.

Обосновавшись в Слоу, Гершель женился на Мэри Питт. В 1792 году у него родился сын, которого назвали Джоном. Что же касается научной деятельности Уильяма Гершеля, то в Слоу он взялся за создание нового телескопа рекордных размеров. Это был 1200-сантиметровый рефлектор с диаметром зеркала 147 см (рабочая площадь зеркала составляла 122 см). В этом телескопе Гершель применил разработанную им еще в 1776 году однозеркальную схему, или схему «прямого зрения», в которой отсутствует второе малое зеркало. Эта схема была придумана еще в первой половине XVII века, но продемонстрировала свою эффективность только в телескопах Гершеля. Новый телескоп теоретически был способен давать поистине фантастическое увеличение (до 7000 раз), правда, из-за атмосферных помех и других причин такая мощность на практике была неприменима. В самых точных своих наблюдениях ученый использовал 2500-кратное увеличение, хотя обычно обходился и гораздо более скромным. 1200-сантиметровый рефлектор Гершеля оставался самым совершенным на протяжении более чем полувека.

Араго пишет, что с переездом Гершеля в Слоу «…оканчивается его биография как человека вообще; начинается жизнь астронома, который выходил из обсерватории только для того, чтобы предоставить Королевскому обществу высокие результаты своих неусыпных исследований».

Достижения и открытия Уильяма Гершеля настолько многочисленны и разнообразны, что рассказывать о них удобней, разделив их на несколько сфер. Вначале обратим внимание на открытия, связанные с объектами Солнечной системы. Уже упомянутым нами открытием Урана Гершель не ограничился; вооружившись новым телескопом, он в 1787 году обнаружил два его спутника и установил у них обратное движение. В 1789 году он открыл два ближайших спутника Сатурна, довольно точно определил период вращения этой планеты и ее колец. Еще через год ученый обнаружил, что полярные шапки Марса изменяют свои размеры в зависимости от сезона. Даже этого было бы вполне достаточно, чтобы имя Гершеля было золотыми буквами вписано в историю астрономии. Но круг интересов исследователя был гораздо шире и в прямом, и в переносном смысле. Его пытливый взор был в основном обращен к неизмеримо более далеким небесным телам – звездам, и открытия в области Солнечной системы были, так сказать, только небольшим побочным результатом основных работ. Недаром Гершеля часто называют одним из основателей звездной астрономии.

Еще в 1783 году ученый, изучая движения 13 звезд, обнаружил и доказал собственное движение Солнца. Более того, Гершель весьма точно определил точку небесной сферы, в направлении которой движется Солнце. Для обозначения этой точки он ввел специальный термин «апекс» и указал, что находится она в созвездии Геркулеса.

Вторым важным направлением работы Гершеля в области звездной астрономии стало изучение двойных и кратных звезд – систем, которые обращаются вокруг общего центра масс под действием гравитационных сил. До Гершеля строились предположения о возможности существования таких систем, однако только он доказал их реальное существование. Но вернемся на некоторое время назад. Еще в 1778 году Гершель занялся интересной и популярной в то время астрономической проблемой – определением годичного параллакса звезд. Он использовал метод Галилея, который заключается в установке видимого смещения одной звезды относительно соседней слабой, то есть гораздо более далекой. Гершель взялся за работу с присущей ему методичностью. В 1782 и 1784 годах он издал два каталога двойных звезд. Но ученый не спешил делать теоретические выводы. Только в 1803 году он выступил в Лондонском королевском обществе с сообщением о том, что ему удалось обнаружить гравитационные связи для 50 пар звезд. В 1804 и 1805 годах Гершель выпустил еще две работы на эту тему. Также ей был посвящен последний труд ученого: каталог 145 двойных звезд, законченный в 1822 году. Всего он открыл около 800 двойных и кратных систем. В ряде случаев он также показал, что системы, ранее считавшиеся двойными, на самом деле состоят из трех или четырех компонентов.