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1781年，当赫歇耳用他那架极佳的望远镜系统地从一颗星转向另一颗星时，他看见了有一个天体不只是一个光点，而是呈现一个小小的圆面。很自然地，他认为自己发现了一颗新[[彗星]]。然而进一步的观测结果表明，问题并非那么简单。首先这个小圆面的边缘清晰而不像彗星那样边缘总是模模糊糊的，其次，在计算出它的轨道时发现近乎一个圆，而不是彗星那样拉得很长。赫歇耳非常惊喜地得出结论：他发现的是一颗新的行星。这一发现一举将当时已知的太阳系范围拓广了一倍。这也是有史以来人们发现的第一颗新行星。当时英国国王知治三世，赫歇耳便试图将这颗新星命名为“乔治之星”。在拉朗德的提议下，有些天文学家主张把它称为“赫歇耳星”，将荣誉归于发现者。最后多数人的意见还是继承以[[希腊]]神话人物命名行星的传统，以天神尤拉纳斯（Uranus）名字命名它。发现天王星的消息引起了极大的轰动。天文学家们曾经以为，在牛顿之后不会再有什么新的发现了。赫歇耳的发现则像一股新鲜空气，它告诉人们还有未知的东西。1781年赫歇耳被选为皇家学会会员，并荣获科普利奖章。英王乔治有汉诺威血缘。他为自己的同乡取得辉煌的成就感到高兴，任命赫歇耳为他的私人天文学家，年薪300畿尼金币。在发现天王星之后，赫歇耳也没有完全忽略太阳系。他用更好的望远镜重新观测天王星，于1787年发现了它的两颗卫星“泰坦尼亚”和“奥白龙”（即天卫三和天卫四），他还报告他发现另外4颗天王星的卫星，不过后来证明是错误的。没有过多久赫歇耳又造了一座崭新的望远镜，它长达40英尺，有一块48英寸的反射镜。乔治三世为建造这架望远镜捐了4000英镑。在这架望远镜投入使用的第一个夜晚，赫歇耳把它指向土星，立刻发现了两颗新土卫----土卫二和土卫一，加上[[惠更斯]]发现的1颗和卡西尼发现的4颗，使得这颗带环的行星一共有了7颗卫星。1816年赫歇耳被授予爵位。1819年他已81岁，还进行了最后的观测。他活到84岁，恰好等于天王星绕太阳运行的公转周期。

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