האיש שקבע את מקומה של השמש בממלכת הכוכבים היה ויליאם הרשל. הוא נולד ב-1738 בהנובר, למשפחה של מוזיקאים, והיה בעצמו מוזיקאי מוכשר. במלחמת שבע השנים ערק מהצבא ההנוברי, ומצא עבודה באנגליה כנגן עוגב בכנסייה בעיר באת'. כשחקר את ההרמוניה המוזיקלית, קרא הרשל ספר מתמטיקה של רוברט סמית', פרופסור בקיימברידג'. הספר הזה הוביל אותו לספר אחר של סמית', על אופטיקה אסטרונומית. מתוך התעניינותו רבת השנים בכוכבים, החל הרשל לבנות טלסקופים בעצמו.
האסטרונומיה נעשתה מהר מאוד לתשוקה של הרשל. לאורך כל השנה בילה כל לילה בהיר בסריקת השמים. קרוליין הרשל, אחותו, הייתה שותפתו הקבועה לעבודה ועזרה לו לתעד את התצפיות. הרשל עבד גם במזג אוויר קר כל כך, שהיה צריך לשבור את הקרח בקסת הדיו כדי לרשום הערות. בהפסקות של הקונצרטים שלו מיהר הביתה כדי לדחוס עוד כמה תצפיות. הוא הכיר את שמי הלילה כמו איש אחר.
המסירות של הרשל השתלמה ב-1781. כשסרק זוגות כוכבים בחיפוש אחר השפעת הפרלקסה, ראה עצם גדול בבירור מכוכב, ש"לא היה שייך" לתבנית הכוכבים שסביבו. הטלסקופ המצוין שלו והעין החדה שלו הבחינו בבירור בדסקה של מה שהתברר כפלנטה, אף שהקוטר הזוויתי שלה כפי שהיא נראית מכדור הארץ אינו גדול מ-3.7 שניות קשת. למעשה, הפלנטה הזאת נצפתה יותר מתריסר פעמים קודם לכן, אבל בכל פעם הצופה רשם אותה ככוכב. אסטרונומים אחרים קבעו עד מהרה שהמסלול שלה רחוק בהרבה מזה של שבתאי. הפלנטה החדשה נקראה אורנוס, על שם אל השמים, העתיק באלי היוונים. הרשל היה האדם הראשון מאז העת העתיקה שגילה פלנטה חדשה, ובבת אחת הכפיל את גודל מערכת השמש, כשמצא פלנטה רחוקה פי שניים משבתאי.
אחרי גילוי אורנוס נעשה הרשל מפורסם. בעזרת מה שהיינו קוראים היום מימון ממשלתי – קצבה שנתית מהמלך ג'ורג' השלישי, מ-1782 – בנה הרשל סדרה של טלסקופים גדולים יותר ויותר. הוא ליטש בעצמו את המראות, ובנה את המתקנים מעץ משובח, באותן טכניקות שבהן בנה צ'לו ואבובים שנים קודם לכן. לפי תכנון הטלסקופ המחזיר של אייזק ניוטון, הוא בנה תוך כמה שנים טלסקופ עם מראה בקוטר 1.2 מטר – פי ארבעים בערך מהמראה של הטלסקופ המחזיר הראשון של ניוטון. טלסקופ גדול ממנו נבנה רק בשנות ה-40 של המאה ה-19. הבנייה הייתה לפעמים מסוכנת: פעם אחת, אחרי שאף בית יציקה לא הסכים לקבל את העבודה, יצק הרשל בעצמו מראה ממתכת מותכת בתבנית עשויה מגללי סוסים מיובשים. התבנית נסדקה בחום העז, והרשל ועוזריו נאלצו לברוח מפני שלולית המתכת הנוזלית. הרשל חי ועבד בעיר הכפרית האנגלית באת' (ואחר כך ליד וינדזור), ואפשר לבקר עד היום בבית שלו בבאת' ובסדנה שבה ליטש את המראות.
הרשל רצה לפענח את מה שכינה "מבנה השמים" – כמה כוכבים יש בגלקסיה ואיך הם מפוזרים. לשם כך הניח לטלסקופ לסרוק את השמים, וספר כוכבים ברצועות מקבילות. (אלה היו ימים שבהם לטלסקופים עוד לא היו מנועים שמפצים על סיבוב כדור הארץ ומשאירים עצם במרכז שדה הראייה). כשהפנה את תשומת ליבו לשביל החלב, הדהים אותו המספר העצום של הכוכבים שהטלסקופ חשף. "אנו מוצאים שהכוכבים צפופים מעבר לכל דמיון לאורך שביל החלב," כתב, "כך שלמעשה כל אורו מורכב מכוכבים בלבד, מכל דרגות הבהירות – מאלה הנראים בעין ועד נקודות האור הקטנות ביותר שאפשר להבחין בהן בטלסקופ הטוב ביותר." בזכות הגישה הקפדנית והבלתי נלאית שלו יצר את הקטלוגים הגדולים ביותר עד אז של כוכבים וערפיליות.
הרשל פיתח שיטה להשוות את הבהירות של כוכבים שונים. הוא כיוון שני טלסקופים בגודל זהה לשני כוכבים שונים, וכיסה חלקית את הפתח של אחד הטלסקופים עד ששני הכוכבים נראו בהירים באותה מידה. הוא גילה שהיחס בין השטחים הגלויים של שני הפתחים שווה לאחד חלקי היחס בין הבהירויות של שני הכוכבים. אחר כך הניח הרשל שלכל הכוכבים אותה נגיהות, כך שככל שכוכב נראה חיוור יותר, הוא רחוק יותר. הוא מצא בשביל החלב הרבה יותר כוכבים, וכוכבים חיוורים יותר, מאשר בכיוונים אחרים, והסיק מכך שבכיוון שביל החלב הכוכבים מפוזרים למרחקים גדולים יותר מאשר בכיוונים אחרים. הוא מיפה נכון את מערכת שביל החלב כדסקה של כוכבים שאנחנו נמצאים בתוכה, אבל לא ידע מה גודלה.
הרשל היה חלק ממשפחה אסטרונומית מפוארת. אחותו קרוליין הייתה עוזרת בלתי נלאית, ובמשך זמן רב גיבורה שלא זכתה להכרה. בזיכרונותיה כתבה: "לא עשיתי למען אחי דבר מלבד מה שגור כלבים מאולף היטב היה עושה – כלומר, עשיתי מה שציווה עליי." אבל עם הזמן התרומה שלה גדלה, ואחיה העריך מאוד את המומחיות שלה. היא גילתה כמה שביטים, והייתה האישה הראשונה שקיבלה את מדליית הזהב של האגודה המלכותית לאסטרונומיה. אף שבגיל עשר חלתה בטיפוס, שעצר את גדילתה, היא חיה עד גיל 97, והייתה פעילה באסטרונומיה עד שנות התשעים לחייה. גם בנו היחיד של הרשל, ג'ון, נעשה אסטרונום מפורסם. ג'ון הרשל עשה עבודה חשובה במתמטיקה, בכימיה ובבוטניקה, אבל האסטרונומיה הייתה התשוקה שלו. הוא תרם תרומות חשובות למדע הצילום המוקדם: הוא היה הראשון שצילם על לוחות זכוכית, והראשון שערך ניסויים בצילום צבעוני. כמו אביו, גם הוא זכה לתואר אבירות על תרומתו למדע.
כשסרק את השמים, היה הרשל כמו קרטוגרף. מאות שנים קודם לכן מיפו הרפתקנים אמיצים את הגודל והצורה של כדור הארץ שאנחנו חיים עליו. הרשל המשיך את המסע, כשגילה כוכבים במרחבי חלל עצומים ומיפה את הפיזור של "אוסף הכוכבים המופלא הזה".
→ הסעיף הקודם: 14.21 המבנה של שביל החלב | הסעיף הבא: 14.23 איזוטרופיה ואנאיזוטרופיה ←