Vie précoce
Le père de Herschel était un musicien de l’armée. Suivant la même profession, le garçon jouait dans la fanfare des gardes hanovriens. Après l’occupation française du Hanovre en 1757, il s’enfuit en Angleterre, où il gagne d’abord sa vie en copiant de la musique. Mais il améliore progressivement sa situation en devenant professeur de musique, interprète et compositeur, jusqu’à ce qu’en 1766, il soit nommé organiste d’une chapelle à la mode à Bath, la célèbre station thermale. À cette époque, la curiosité intellectuelle qu’il avait acquise auprès de son père le conduit de la pratique à la théorie de la musique, qu’il étudie dans les Harmoniques de Robert Smith. De ce livre, il se tourne vers A Compleat System of Opticks de Smith, qui l’initie aux techniques de construction des télescopes et aiguise son appétit pour l’observation du ciel nocturne.
Combinant obstination et énergie débordante, William ne se contentait pas d’observer le Soleil, la Lune et les planètes proches, comme le faisaient presque tous les astronomes de son époque, mais il était déterminé à étudier également les corps célestes lointains, et il réalisa qu’il aurait besoin de télescopes dotés de grands miroirs pour recueillir suffisamment de lumière – plus grands, en fait, que ce que les opticiens pouvaient fournir à un coût raisonnable. Il fut bientôt obligé de rectifier ses propres miroirs. Ils étaient moulus à partir de disques métalliques de cuivre, d’étain et d’antimoine dans des proportions variées. En 1781, ses ambitions dépassant les capacités des fonderies locales, il se prépara à couler du métal fondu en disques dans le sous-sol de sa propre maison, mais le premier miroir se fendit en refroidissant, et lors de la deuxième tentative, le métal s’écoula sur les dalles, ce qui lui fit accepter une défaite temporaire. Ses tentatives ultérieures et plus fructueuses ont produit des miroirs de plus en plus grands et de qualité superbe, et ses télescopes se sont avérés bien supérieurs, même à ceux utilisés à l’Observatoire de Greenwich. Il fabriqua également ses propres oculaires, les plus puissants ayant un pouvoir grossissant de 6 450 fois.
À Bath, il fut aidé dans ses recherches par son frère Alexander, venu de Hanovre, et sa sœur, Caroline, qui fut sa fidèle assistante durant une grande partie de sa carrière. La nouvelle de ce ménage extraordinaire commence à se répandre dans les cercles scientifiques. Il effectue deux premiers relevés télescopiques des cieux. Puis, en 1781, lors de sa troisième et plus complète étude du ciel nocturne, William tomba sur un objet dont il réalisa qu’il n’était pas une étoile ordinaire.
Il s’est avéré être la planète Uranus, la première planète à être découverte depuis la préhistoire. William est devenu célèbre presque du jour au lendemain. Son ami, le Dr William Watson, Jr, l’a présenté à la Royal Society de Londres, qui lui a décerné la médaille Copley pour la découverte d’Uranus, et l’a élu membre. Watson l’aide également à obtenir en 1782 une pension annuelle de 200 £ de la part de George III. Il peut ainsi abandonner la musique et se consacrer exclusivement à l’astronomie. À cette époque, William est nommé astronome de George III, et les Herschel s’installent à Datchet, près du château de Windsor.
Bien qu’il ait 43 ans lorsqu’il devient astronome professionnel, William travaille nuit après nuit à l’élaboration d’une « histoire naturelle » des cieux. Un problème fondamental pour lequel les grands télescopes de Herschel étaient idéalement adaptés concernait la nature des nébuleuses, qui apparaissent comme des taches lumineuses dans le ciel. Certains astronomes pensaient qu’elles n’étaient rien d’autre que des amas d’innombrables étoiles dont la lumière se mélangeait pour former un aspect laiteux. D’autres pensaient que certaines nébuleuses étaient composées d’un fluide lumineux. Lorsque l’intérêt de William pour les nébuleuses s’est développé au cours de l’hiver 1781-82, il a rapidement constaté que son télescope le plus puissant pouvait résoudre en étoiles plusieurs nébuleuses qui apparaissaient « laiteuses » à des observateurs moins bien équipés. Il était convaincu que d’autres nébuleuses seraient finalement résolues en étoiles individuelles avec des instruments plus puissants. Cela l’encouragea à soutenir en 1784 et 1785 que toutes les nébuleuses étaient formées d’étoiles et qu’il n’était pas nécessaire de postuler l’existence d’un mystérieux fluide lumineux pour expliquer les faits observés. Les nébuleuses qui ne pouvaient pas encore être résolues devaient être des systèmes très éloignés, affirmait-il, et, puisqu’elles semblaient grandes pour l’observateur, leur taille réelle devait en effet être vaste – peut-être même plus grande que le système stellaire dont le Soleil fait partie. Par ce raisonnement, William a été amené à postuler l’existence de ce que l’on a appelé plus tard des « univers insulaires » d’étoiles.
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