นับตั้งแต่สมัยโบราณจนกระทั่งถึงยุคของสมเด็จพระเจ้าตากสินมหาราช มนุษย์มีความรู้เกี่ยวกับดาวเคราะห์ เพียง 6 ดวง คือ พุธ ศุกร์ โลก อังคาร พฤหัสบดี และ เสาร์ แต่เมื่อถึงในปี 1781 นักดนตรีซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์สมัครเล่นคนหนึ่งที่ไม่มีใครรู้จัก นามว่า Frederick William Herschel ได้ขยายขอบเขตของระบบสุริยะให้มีขนาดใหญ่ขึ้นเกือบสองเท่าด้วยการพบดาวเคราะห์ดวงใหม่ชื่อ Uranus ซึ่งโคจรอยู่นอกวงโคจรของดาวเสาร์ โดยดาวดวงนี้มีสมบัติทางกายภาพมากมายที่ไม่เหมือนกับดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ เลย เช่น มีสีน้ำเงินแกมเขียว มีแกนหมุนที่วางตัวเกือบอยู่ในระนาบของวงโคจรของมัน (แกนหมุนของดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ วางตัวเกือบตั้งฉากกับระนาบวงโคจร) อีกทั้งมีวงแหวนล้อมรอบเหมือนดาวเสาร์ด้วย
ในความเป็นจริง Galileo Galilei อาจได้เคยเห็นดาวยูเรนัสก่อน Herschel อย่างไม่รู้ตัวตั้งแต่ปี 1610 แต่กล้องโทรทรรศน์ที่เขาใช้มีคุณภาพไม่ดี เขาจึงเห็นมันเป็นดาวฤกษ์ จนกระทั่งปี 1675 ซึ่งเป็นปีที่หอดูดาว Greenwich ในประเทศอังกฤษเริ่มทำงาน John Flamsteed ซึ่งนักดาราศาสตร์แห่งราชสำนักคนแรกของอังกฤษก็ได้รายงานการเห็นดาวดวงหนึ่งว่า เป็นดาวที่ไม่มีใครเคยเห็นมาก่อน และได้เข้ามาอยู่ใกล้กลุ่มดาววัว (Taurus) ในปี 1690 เขาจึงเรียกชื่อดาวดวงนั้นว่า “34 Tauri” ในเวลาต่อมา James Bradley ซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์แห่งราชสำนักคนที่สองก็ได้รายงานการ “เห็น” ดาวแปลกดวงนั้นอีก 3 ครั้ง ในกลางคริสต์ศตวรรษที่ 18 และคิดว่าเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่ แม้แต่ Pierre Charles Le Monnier ซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์คนสำคัญของชาวฝรั่งเศสก็ได้รายงาน “การเคยเห็น” Uranus ประมาณ 12 ครั้ง ระหว่างปี 1750 ถึง 1771 และในการเห็นครั้งสุดท้าย เขาก็ยังคิดว่า มันเป็นดาวฤกษ์
ในปี 1781 ที่ Herschel ได้พบดาวเคราะห์ดวงใหม่นั้น ความสำเร็จนี้ได้ทำให้คนอังกฤษทั้งประเทศรู้สึกภาคภูมิใจมาก หลังจากที่ต้องพากันเสียใจเพราะอเมริกาซึ่งเป็นอาณานิคมของประเทศอังกฤษได้ประกาศตนเป็นเอกราช คือ ไม่อยู่ภายใต้การปกครองของประเทศอังกฤษอีกต่อไป นี่จึงเป็นการสูญเสียที่ยิ่งใหญ่
ในเบื้องต้น Herschel เคยคิดว่า ดาวที่เห็นเป็นดาวหาง เพราะเวลาส่องดูด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่เขาใช้ ในสวนหลังบ้านที่เมือง Bath เมื่อวันที่ 13 มีนาคม ค.ศ.1781 กล้องมีความยาว 2 เมตร และมีเลนส์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 15 เซนติเมตร ทำให้ Herschel สามารถเห็นได้ว่า มันมิใช่ดาวหาง จึงเขียนรายงานข่าวการพบดาวเคราะห์ดวงใหม่ต่อสมาคม Royal Society เมื่อวันที่ 26 เมษายน ค.ศ.1781
ในเวลาต่อมานักดาราศาสตร์ทั่วโลกได้ติดตามดูดาวดวงนี้และพบว่า วงโคจรของดาวเคราะห์ดวงใหม่เกือบจะเป็นวงกลม คือ มิได้เป็นพาราโบลาหรือวงรีเหมือนวงโคจรของดาวหางทั่วไป และดาวดวงนี้อยู่นอกวงโคจรของดาวเสาร์ โดยอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทางประมาณ 2 เท่า ของระยะทางที่ดาวเสาร์อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ คือ 2,870 ล้านกิโลเมตร หรือ ประมาณ 19 เท่าของระยะทางที่โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ ดังนั้นขนาดของสุริยะจักรวาลจึงเพิ่มเป็น 2 เท่าในทันที
การพบดาวเคราะห์ Uranus ทำให้นักดาราศาสตร์ตระหนักได้ว่า สุริยะระบบคงจะมีดาวเคราะห์อีกเป็นจำนวนมากที่ตายังมองไม่เห็น และกำลังรอการค้นพบอยู่ แต่ประเด็นที่น่าสนใจมากที่สุดสำหรับการค้นพบนี้ คือ คนที่พบเป็นนักดาราศาสตร์สมัครเล่น ซึ่งมีอาชีพหลักคือเป็นนักดนตรีที่เชี่ยวชาญการเล่นอุปกรณ์ oboe ประจำวงดนตรี Hanover Guard ที่เมือง Hanover ในประเทศเยอรมนี มิได้เป็นนักดาราศาสตร์มืออาชีพ
John Friedrich Wilhelm Herschel เกิดเมื่อวันที่ 15 พฤศจิกายน ค.ศ.1738 (รัชสมัยสมเด็จพระเจ้าบรมโกศ) ในวัยเด็กเขาสนใจการเล่นดนตรีมาก จนเคยตั้งใจว่าเมื่อเติบใหญ่จะต้องเป็นนักดนตรีประจำวง Hanover Guard ให้จงได้ จึงทุ่มเทเวลาในการประพันธ์เพลงซิมโฟนีได้มากถึง 26 เพลง ตั้งแต่มีอายุยังไม่ถึง 20 ปี และในเวลาเดียวกันก็สนใจที่จะเรียนวิชาคณิตศาสตร์กับดาราศาสตร์ด้วย
เมื่อเกิดสงครามระหว่างฝรั่งเศสกับเยอรมนี ในปี 1757 กองทัพฝรั่งเศสได้บุกเข้ายึดเมือง Hanover จากการปกครองของอังกฤษ Herschel วัย 19 ปี จึงต้องอพยพหนีไปประเทศอังกฤษ และตั้งใจจะมีอาชีพเป็นนักแต่งเพลงและเล่นดนตรีที่เมือง Bath แต่ในเวลาเดียวกันก็ได้ฝึกเรียนภาษาอังกฤษไปด้วย และได้ตัดชื่อ Friedrich Wilhelm ซึ่งเป็นภาษาเยอรมันออก แล้วเปลี่ยนเป็น Frederic William เพื่อให้ชื่อดูเป็นคนอังกฤษ ในที่สุดก็ได้เป็นนักเล่นออร์แกนประจำโบสถ์ Octagon Chapel แห่งเมือง Bath
ในยามว่าง Herschel ชอบอ่านหนังสือดาราศาสตร์ จึงซื้อตำรา A Complete System of Optics ที่เรียบเรียงโดย Robert Smith ซึ่งอธิบายวิธีสร้างกล้องโทรทรรศน์อย่างละเอียด จนทำให้ Herschel ต้องการจะสร้างกล้องใช้เอง จึงลงทุนซื้อเลนส์มาประกอบ และกล้องโทรทรรศน์นี้ได้ทำให้ชะตาชีวิตของ Herschel และบรรยากาศของวงการดาราศาสตร์โลกเปลี่ยนแปลงไปอย่างมโหฬาร เพราะหลังจากที่ Herschel ได้ใช้กล้องส่องดูดาวเคราะห์ต่าง ๆ ที่น่าสนใจบนท้องฟ้า จน “หมด” แล้ว เขาก็ต้องการจะสร้างกล้องโทรทรรศน์ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น ตามความทะเยอทะยานที่เพิ่มขึ้น เมื่อกล้องที่สร้างสามารถทำงานได้ดี Herschel จึงตัดสินใจผลิตกล้องโทรทรรศน์ออกขายให้ประชาชนทั่วไปเป็นการหารายได้ และได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด ในการทำให้พบดาวเคราะห์ยูเรนัส เมื่อวันที่ 13 มีนาคม ค.ศ.1781 และพบดาวคู่ (binary stars) มากถึง 848 คู่ การค้นพบของ Herschel ได้ทำให้วงการวิทยาศาสตร์ตระหนักว่า ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ Newton ยังคงใช้ได้ดี ไม่ว่าระบบสุริยะมีขนาดใหญ่เพียงใดก็ตาม
การค้นพบที่สำคัญมากนี้ได้ชักนำให้ สมเด็จพระเจ้า George ที่ 3 แห่งประเทศอังกฤษทรงโปรดเกล้าให้ Herschel ดำรงตำแหน่งเป็นนักดาราศาสตร์แห่งราชสำนัก จึงได้รับเงินเดือนปีละ 200 ปอนด์ ซึ่งนับว่ามากพอที่จะให้ Herschel ไม่จำเป็นต้องประกอบอาชีพเป็นนักดนตรี และประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ขายอีกต่อไป เพื่อจะได้ทุ่มเทเวลาทำงานวิจัยดาราศาสตร์ถวายกษัตริย์อย่างเต็มตัว
ในปี 1772 น้องสาวชื่อ Caroline ของ Herschel ได้เดินทางจากเมือง Hanover มาหาพี่ชายที่ Bath เพื่อช่วยทำงานดาราศาสตร์ หลังจากที่พี่ชายมีชื่อเสียงมากแล้ว Caroline ก็ได้อุทิศตัวทำงานดาราศาสตร์อย่างทุ่มเท จนได้รับการยอมรับว่าเป็นนักดาราศาสตร์คนสำคัญคนหนึ่งของโลก และเมื่อพี่ชายต้องทำงานถวายสมเด็จพระเจ้า George ที่ 3 อย่างใกล้ชิด Herschel กับ Caroline จึงต้องย้ายบ้านอีกครั้งหนึ่ง คราวนี้จากเมือง Bath ไปที่เมือง Slough ซึ่งตั้งอยู่ใกล้ปราสาท Windsor เพื่อให้สมเด็จพระเจ้า George ที่ 3 และพระบรมวงศานุวงศ์ทรงสามารถดำเนินมาส่องกล้องโทรทรรศน์ได้ตลอดเวลาที่ทรงประสงค์
ในเบื้องต้น Herschel คิดจะตั้งชื่อดาวเคราะห์ที่เขาพบใหม่ว่า Georgium Sidus เพื่อถวายเป็นเกียรติแก่พระเจ้า George ที่ 3 ด้านสมาคมดาราศาสตร์ของฝรั่งเศสได้ขอตั้งชื่อดาวเคราะห์ดวงใหม่ว่า Herschel แต่ Herschel ไม่เห็นด้วย เพราะคิดว่าเป็นการมิบังควรที่คนธรรมดาจะตีตนเสมอเจ้า ในที่สุดนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน ชื่อ Johann Elert Bode ก็ได้ตั้งชื่อดาวเคราะห์ดวงใหม่ตามชื่อของเทพเจ้ากรีก Ouranos ซึ่งได้เปลี่ยนมาเป็น Uranus ในกลางคริสต์ศตวรรษที่ 19
ตลอดชีวิตของ Herschel เขาได้สร้างกล้องโทรทรรศน์มากกว่า 400 กล้อง โดยกล้องใหญ่ที่สุดมีความยาวถึง 12 เมตร และ Herschel ก็ได้ใช้กล้องนี้พบดวงจันทร์บริวารของดาวเสาร์ ที่ชื่อ Mimas และ Enceladus ด้วย เมื่อปี 1789 และกล้องยังช่วยให้เขาได้พบดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดกับใหญ่ลำดับที่สองของดาวเคราะห์ Uranus คือ Titania กับ Oberon ด้วย ซึ่งชื่อทั้งสองนี้เป็นชื่อที่ตั้งโดย John ซึ่งเป็นบุตรชายของ Herschel และตั้งตามชื่อของตัวละครในบทประพันธ์เรื่อง A Midsummer Night's Dream ของ Shakespeare
Herschel ยังเป็นบุคคลแรกที่ได้พบว่า ระบบสุริยะไม่เคยอยู่นิ่ง แต่จะโคจรไปในอวกาศ เขาเคยคิดว่าดาวเคราะห์ทุกดวงอาจจะมีมนุษย์อาศัยอยู่ แม้แต่ดวงอาทิตย์เองก็อาจจะมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ด้วย เพราะ Herschel คิดว่า ลึกลงไปใต้ผิวที่ร้อนมากนั้น มีชั้นที่เย็นกว่าพอให้สิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยอยู่ได้
การศึกษาลักษณะวงโคจรของดาวยูเรนัสทำให้เราโลกรู้ว่า มันใช้เวลาประมาณ 89 ปี ในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ได้ครบ 1 รอบ และในบางเวลาดาวยูเรนัสก็มีความเร็วจริงมากกว่าความเร็วที่คำนวณได้ แต่บางเวลาก็น้อยกว่า ซึ่งความแตกต่างนี้ทำให้นักดาราศาสตร์หลายคนคิดว่า กฎของ Newton ยังไม่สมบูรณ์ทีเดียวนัก แต่ปัญหานี้ก็ได้รับคำตอบในอีก 65 ปีต่อมา คือ ในเดือนกันยายน ปี 1846 เมื่อ Urbain Jean Joseph Le Verrier กับ John Couch Adams สองนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสกับอังกฤษตามลำดับ ได้พบดาวเคราะห์ Neptune ที่มีขนาดใหญ่กว่า Uranus และอิทธิพลของ Neptune คือสาเหตุที่ทำให้ลักษณะการโคจรของ Uranus “ผิดปกติ”
เมื่อเดือนมีนาคม ค.ศ.1977 ได้มีการพบวงแหวนวงแรกของ Uranus โดย James Elliot แห่งสถาบัน Massachusetts Institute of Technology (MIT) ซึ่งทำให้โลกรู้เป็นครั้งแรกว่า ดาวเสาร์มิใช่ดาวเคราะห์ดวงเดียวของระบบสุริยะที่มีวงแหวน หลังจากที่ Elliot ได้พบวงแหวน 9 วงแล้ว ในปี 1986 ยานอวกาศ Voyager 2 ก็ได้เห็นวงแหวนที่ 10 (1986 U1R) และ 11 (1986 U2R) โดยวงแหวนที่สว่างน้อยที่สุดจะปรากฎเป็นแถบกว้าง 3,500 กิโลเมตร และอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางของดาวประมาณ 10,000 กิโลเมตร คืออยู่เหนือผิวดาวประมาณ 14,000 กิโลเมตร ส่วนเนื้อดาวนั้น ประกอบด้วยไฮโดรเจนกับฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่
ในเดือนธันวาคม ค.ศ.2005 กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble ก็ได้พบวงแหวนเพิ่มอีก 2 วง โดยนักดาราศาสตร์ชื่อ Mark Showalter แห่ง NASA ซึ่งได้รายงานการพบนี้ เราจึงรู้ว่า ดาวเคราะห์ Uranus มีวงแหวนทั้งหมด 13 วง คณะวิจัยยังได้พบดวงจันทร์ของ Uranus อีก 2 ดวง คือ Mab และ Cupid ซึ่งนับเป็นดวงที่ 26 และ 27 นอกเหนือจาก Miranda, Ariel, Umbriel, Titania และ Oberon ฯลฯ
การวิเคราะห์สมบัติกายภาพของวงแหวนทำให้นักดาราศาสตร์รู้ว่า วงแหวนวงนอกสุดมีสีฟ้าอ่อน (เหมือนวงแหวนวงนอกสุดของดาวเสาร์) และประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ระดับ 10-6 เมตร (ระดับไมครอน คือใหญ่ประมาณ 0.001 เท่าของเส้นผ่านศูนย์ของเส้นผม) ในขณะที่วงแหวนวงที่ 11 มีสีฟ้าอ่อน วงแหวนวงที่ 12 กลับมีสีแดงเรื่อ ๆ (เหมือนวงแหวนของดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์) เพราะประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า ตั้งแต่ระดับไมครอนจนถึงระดับเมตร จึงสามารถสะท้อนแสงอาทิตย์ได้ดี
สำหรับสภาพบรรยากาศเหนือดาว Uranus นั้น ก็น่าสนใจ เพราะในปี 1986 ยาน Voyager 2 ได้ถ่ายภาพเมฆเหนือดาว และพบว่ามีเมฆใหญ่ประมาณ 10 ก้อน และภาพของก้อนเมฆที่ไม่เคลื่อนที่ (หรือเคลื่อนที่ช้า) ทำให้นักดาราศาสตร์คิดว่า บรรยากาศของดาวคงจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น เมฆที่เห็นจึงสามารถคงรูปเหมือนเดิมได้
ในปี 2006 ที่ Voyager 2 ได้โคจรผ่านดาว Uranus ขั้วใต้ของดาวกำลังชี้เข้าหาดวงอาทิตย์ และขั้วเหนือชี้ออกสู่อวกาศที่มืดสนิท ขั้วใต้ของดาวจึงได้รับแสงอาทิตย์นานถึง 17 ชั่วโมง เพราะดาว Uranus หมุนรอบตัวเองได้ครบหนึ่งรอบ โดยใช้เวลา 17 ชั่วโมง และเมื่อดาว Uranus อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 19 ถึง 20 เท่าของโลก ดังนั้นความเข้มของแสงอาทิตย์ที่ผิวดาวได้รับ จึงมีค่าประมาณ 1/400 เท่าของความเข้มแสงอาทิตย์ที่ผิวโลก ปริมาณความร้อนที่น้อยนิดเช่นนี้มีส่วนทำให้สภาพบรรยากาศเหนือดาว Uranus แทบไม่เปลี่ยนแปลงเลย
ความเอียงของแกนหมุนที่อยู่ในแนวนอนก็มีส่วนในการทำให้สภาพดินฟ้าอากาศบน ดาวUranus เป็นแบบสุดขั้ว คือ ร้อนมากและหนาวมาก ส่วนสาเหตุที่ทำให้แกนหมุนของ ดาว Uranus ชี้ในระนาบของวงโคจรนั้น นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า เมื่อดาว Uranus ถือกำเนิดใหม่ ๆ ดาวได้ถูกอุกกาบาตที่มีขนาดใหญ่เท่าโลกพุ่งชน แต่ Adrian Brunini แห่ง Faculty of Sciences and Astronomy with Geophysics ที่ Buenos Aires ในประเทศ Argentina คิดว่า การที่แกนหมุนเอนลงต่ำมาก เพราะ ดาวUranus ถูกอุกกาบาตชนหลายครั้ง แล้วแกนหมุนได้เอียงลง ๆ จนในที่สุดก็อยู่ในแนวนอน
สำหรับผลงานดาราศาสตร์อื่นๆ ของ Herschel นอกเหนือจากการได้พบ ดาวUranus คือ การได้ศึกษารูปทรงของกาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นคนแรก และวัดค่าคาบการหมุนรอบตัวเองของดาวเสาร์ รวมถึงได้สเก็ตภาพบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีอย่างหยาบๆ
เหล่านี้คือการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ของ Herschel กระนั้นผลงานเหล่านี้ ก็ยังมิได้สำคัญมากเมื่อเปรียบเทียบกับการพบรังสีอินฟราเรด ซึ่งเกิดจากความต้องการของ Herschel จะศึกษาธรรมชาติของแสงอาทิตย์อย่างละเอียด เมื่อเขาตระหนักว่า เวลาดูดวงอาทิตย์ สายตาของเขาจะปลอดภัย ถ้ามีแผ่นกรองแสงมาลดความเข้มของแสงอาทิตย์ลง
ในเวลานั้นไม่มีใครในโลกรู้ว่า แสงอาทิตย์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยคลื่นที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก คือรังสีแกมมา รังสีเอกซ์ ตลอดไปจนกระทั่งถึงคลื่นที่มีความยาวคลื่นยาวมาก ซึ่งได้แก่ คลื่นไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ ส่วนแสงที่ตาเห็นเป็นคลื่นที่มีความยาวตั้งแต่ 0.4 ถึง 0.7 ไมโครเมตร ( 1 ไมโครเมตร = 10-6 เมตร) คือ เป็นแสงสีม่วงจนถึงแสงสีแดง ตามลำดับ สำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นมากกว่าแสงสีแดง และที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงสีม่วงนั้น ตาคนจะมองไม่เห็น ดังนั้นคนทุกคนจึงคิดว่า เมื่อตาเราไม่เห็นอะไร ก็ไม่มีอะไรจะให้เห็น
ปัจจุบันเรารู้แล้วว่า การที่ตาไม่รับรู้เรื่องรังสีใต้แดง และรังสีเหนือม่วง เพราะประสาทตาของคนไม่ว่องไวในการตอบสนองต่อรังสีใต้แดง และรังสีเหนือม่วง
ประเด็นที่น่าสนใจเกี่ยวกับการค้นพบ "รังสีอินฟราเรด" ก็คือ ผู้ที่พบรังสีมิได้ร่ำเรียนวิทยาศาสตร์มาก่อนเลย และไม่ได้เป็นนักวิทยาศาสตร์มืออาชีพด้วย แต่เป็น นักดนตรีชื่อ Herschel
Herschel ได้ติดตามสังเกตปรากฏการณ์ที่ผิวดวงอาทิตย์มาตั้งแต่ปี 1794 และได้ศึกษาจุดบนดวงอาทิตย์ (sunspot) ด้วยการใช้แผ่นกรองแสงหลายชนิด จนพบว่า แผ่นกรองแสงบางชนิดปล่อยแสงให้แสงผ่านน้อย กระนั้นเวลาผิวหนังได้รับแสงนั้น ก็ยังรู้สึกร้อน ในขณะที่แผ่นกรองบางชนิดกลับปล่อยแสงให้ผ่านได้มาก แต่ผิวหนังกลับแทบไม่รู้สึกอะไรเลย
Herschel จึงตั้งข้อสังเกตว่า แสงอาทิตย์แต่ละสีสามารถทำให้วัตถุที่รับแสงมีอุณหภูมิสูงขึ้นไม่เท่ากัน ดังนั้นจะต้องมีแสงสีหนึ่งที่ทำให้วัตถุร้อนได้มากที่สุด
เขาจึงสร้างอุปกรณ์ชื่อ spectroradiometer ขึ้นมา เพื่อวัดพลังงานความร้อนของแสงสีต่าง ๆ (ปัจจุบันอุปกรณ์นี้มีชื่อว่า spectrometer) ซึ่งประกอบด้วยปริซึมที่มีหน้าที่รับแสงอาทิตย์ แล้วแยกแสงออกเป็นแถบสีต่าง ๆ เรียกสเปกตรัม (spectrum) เมื่อเขาปล่อยให้สเปกตรัมแสงตกลงบนโต๊ะ แล้วใช้แผ่นกระดาษแข็งที่เจาะรูเป็นช่องแคบ เพื่อคัดแยกแสงแต่ละสีออกมาเพียงสีเดียว จากนั้นก็นำเทอร์โมมิเตอร์ที่มีกะเปาะปรอทซึ่งทาด้วยสีดำมารับแสง เพื่อให้ดูดกลืนแสง ในเวลาเดียวกันก็ใช้เทอร์โมมิเตอร์อีกตัวหนึ่งวัดอุณหภูมิของห้องในเวลานั้นด้วย เพื่อจะได้เปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างปริมาณความร้อนที่เกิดจากแสงแต่ละสี
เมื่อเริ่มการทดลอง Herschel ได้พบว่า อุณหภูมิของห้องมีค่าเท่ากับ 6.4 องศาเซลเซียส จึงทดลองวางกะเปาะเทอร์โมมิเตอร์ที่แถบสีต่าง ๆ และวางแช่เป็นเวลานาน 10 นาที จนกระทั่งอุณหภูมิที่อ่านได้มีค่าคงตัว โดยได้เริ่มทดลองด้วยแสงสีแดงก่อน และพบว่าอุณหภูมิสูงขึ้น 3.2 องศาเซลเซียส แสงสีเขียวทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น 1.8 องศาเซลเซียส ส่วนแสงสีม่วงทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น 1.1 องศาเซลเซียส ข้อมูลเหล่านี้จึงยืนยันว่า แสงสีต่าง ๆ ให้ความร้อนได้ไม่เท่ากัน และแสงสีแดงให้ความร้อนมากที่สุด ส่วนแสงสีเหลืองกับแสงสีเขียวนั้นให้ความร้อนมากในปริมาณพอ ๆ กัน
กระนั้น Herschel ก็ยังไม่พอใจในข้อมูลที่ได้ เพราะตัวเลขได้แสดงให้เห็นแนวโน้มว่า แสงที่มีความยาวคลื่นยิ่งมากจะทำให้วัตถุยิ่งร้อน Herschel จึงตั้งข้อสังเกตว่า แสงที่มีความยาวคลื่นมากกว่าแสงสีแดง อาจจะให้ความร้อนมากกว่าแสงสีแดง และได้รายงานผลการทดลองนี้ต่อสมาคม Royal Society โดยใช้ชื่อรายงานว่า “Experiments on the Refrangibility of the Invisible Rays of the Sun” ซึ่งสรุปได้ว่า ความร้อนที่มีในแสงอาทิตย์แสดงสมบัติการหักเหได้
จากนั้น Herschel ก็ได้ทดลองเพิ่มเติมเพื่อสร้างองค์ความรู้ใหม่ โดยวัดอุณหภูมิของสเปกตรัมในช่วงที่ไม่มีแสง คือ ในบริเวณที่อยู่นอกแถบแสงสีแดง และนอกแถบแสงสีม่วง และพบว่าในบริเวณนอกแถบแสงสีแดง อุณหภูมิจะขึ้นถึงจุดสูงสุด และในบริเวณที่ไกลจากแถบแสงสีต่าง ๆ อุณหภูมิจะลดลง ๆ จนมีค่าเท่ากับอุณหภูมิห้องในที่สุด
ความมีชื่อเสียงของ Herschel ด้านดาราศาสตร์ได้ทำให้คนในวงการวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ยอมรับสิ่งที่ Herschel พบในทันที แต่ John Leslie ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญเรื่องความร้อน ได้ประกาศไม่เชื่อผลการทดลองของ Herschel โดยอ้างว่าในบริเวณนอกแสงสีแดง เมื่อไม่มีใครเห็นอะไรเลย ก็ไม่น่าจะมีอะไร
สมาคม Royal Society จึงได้จัดให้มีการพิสูจน์เพื่อตัดสินข้อพิพาทระหว่าง Herschel กับ Leslie ผลการตรวจสอบแสดงให้เห็นว่า Herschel คิดถูก และ Leslie รู้ผิด
Herschel ได้ตีพิมพ์ผลงานชิ้นสุดท้ายของเขาเกี่ยวกับรังสีอินฟราเรดเมื่อวันที่ 6 พฤศจิกายน ปี 1800 และเริ่มรู้สึกว่าในการทำงานเรื่องรังสีอินฟาเรดนี้ ตนถูกสังคมรอบข้างกดดันมาก จึงหวนกลับไปทำวิจัยด้านดาราศาสตร์ต่อ เพราะรู้สึกมั่นใจมากกว่า แต่ก่อนจะเริ่มงานดาราศาสตร์อีกคำรบหนึ่งนั้น Herschel ต้องการจะไปพักผ่อนที่ประเทศฝรั่งเศส
ช่วงเวลานั้นเป็นเวลาของสงครามหนึ่งทศวรรษ (1792 - 1802) ระหว่างอังกฤษกับฝรั่งเศส เมื่อสงครามใกล้จะยุติ รัฐบาลของประเทศทั้งสองได้ลงนามในสนธิสัญญาสงบศึกที่เมือง Amiens เมื่อวันที่ 10 มีนาคม ปี 1802 หลังจากนั้นไม่นานนักท่องเที่ยว และนักวิชาการจากทั้งสองประเทศก็ได้หลั่งไหลไปเยี่ยมเยือนกัน William Herschel เป็นบุคคลหนึ่งที่ต้องการจะเดินทางไปเยือนปารีส จึงเขียนจดหมายไปแจ้งเตือนเพื่อนนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสว่า ตนกำลังจะเดินทางมาเยี่ยม
แม้จะเป็นช่วงเวลาที่มีสงครามซึ่งทำให้ประชาชน นักการเมือง และทหารของทั้งสองประเทศเป็นศัตรูกัน แต่สำหรับนักวิทยาศาสตร์แล้ว ความสัมพันธ์และความผูกพันระหว่างกันก็ยังเหมือนเดิม ดังจะเห็นได้จากการที่สมาคม Institute de France ของฝรั่งเศสได้ลงมติรับ Herschel เข้าเป็นสมาชิกของสมาคม ซึ่งนับเป็นเกียรติสูงสุดที่สมาคมวิชาการของฝรั่งเศสจะมอบให้แก่นักวิทยาศาสตร์ต่างชาติ ทั้งนี้ เพราะ Herschel มีผลงานดาราศาสตร์ที่สำคัญมากมาย เช่น พบดาวยูเรนัส และดวงจันทร์บริวารชื่อ Titania กับ Oberon อีกทั้งยังได้ศึกษาโครงสร้างของเนบิวลาจำนวนนับพัน เห็นดวงจันทร์ Mimas และ Enceladus ของดาวเสาร์ และยังได้พบรังสีอินฟราเรดด้วย
สำหรับการเดินทางไปประเทศฝรั่งเศสในครั้งนั้น ครอบครัว Herschel ซึ่งประกอบด้วย Herschel กับภรรยาชื่อ Mary ลูกชายชื่อ John วัย 10 ขวบ กับหลานสาวของ Mary ชื่อ Sophia ได้ออกเดินทางด้วยรถม้าจากบ้านที่เมือง Slough ในวันที่ 13 กรกฎาคม ปี 1802 และเดินทางถึงเมือง Dover เพื่อนั่งเรือข้ามช่องแคบอังกฤษ โดยใช้เวลาเดินทางนานประมาณ 3 ชั่วโมง และจากเมือง Calais ครอบครัว Herschel ก็ได้นั่งรถม้าไปปารีส
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
