Концепция Солнечной системы длительное время предполагала существование Солнца и шести планет – Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера и Сатурна. Несмотря на конкуренцию гелиоцентрической и геоцентрической систем мира, а также на вариации в представлениях о существующих планетах (например, в древности полагали, что наблюдавшийся утром Меркурий – одна планета, а вечером – другая), не было убедительных свидетельств существования в Солнечной системе других планет, помимо уже известных.

Развитие наблюдательной техники, появление новых моделей телескопов привели к важным новым астрономическим открытиям в Солнечной системе в XVII веке. Изобретение телескопа-рефрактора Галилео Галилеем позволило открыть в 1610 году четыре спутника Юпитера – Ио, Европу, Ганимед, Каллисто. Развитие астрономической техники позволило сделать больше открытий с помощью телескопов. Христиан Гюйгенс сконструировал телескоп с апертурой 57 мм и увеличением более 50 раз и в 1655 году открыл спутник Сатурна Титан. Совершенствование телескопостроения также позволило Джованни Кассини открыть в 1671-1686 году ещё четыре спутника Сатурна – Япет, Рею, Тефию и Диону. Однако в дальнейшем почти в течение столетия не объявлялось о новых существенных астрономических открытиях в Солнечной системе. Многие полагали, что геоцентрическая система с шестью планетами и наличием спутников у этих планет казалась завершённой научной моделью Солнечной системы. Шесть планет Солнечной системы были описаны ещё астрономами Древнего Вавилона во 2 тысячелетии до н.э., а Аристарх Самосский в третьем столетии до н.э. определил, что эти шесть планет вращаются вокруг Солнца, что было доказано в 1543 году Николаем Коперником.

Согласно некоторым источникам, седьмую планету – Уран – впервые наблюдал ещё древнегреческий астроном Гиппарх в 128 году до н.э., когда он отметил в звёздном каталоге «неподвижный» объект в созвездии Девы. Гиппарх описал четыре звезды в форме четырёхугольника в созвездии Девы; полагают, что один из этих объектов (объект В5 13) и был Ураном, поскольку в описанном Гиппархом сегменте наблюдений существуют лишь четыре видимые звезды. Несмотря на то, что Гиппарх не определил планетарную природу объекта, сам факт описания этого объекта свидетельствует о высоком уровне астрономических наблюдений в эпоху Гиппарха. Гиппарх описал в звёздном каталоге около 850 звёзд. При этом в звёздном каталоге другого греко-римского астронома II в. н.э. – Клавдия Птолемея – обнаружить Уран, даже предположительно, не удалось; не исключено, что Уран значился в каталоге как ничем не примечательная звезда.

После начала эры телескопостроения Уран наблюдался королевским астрономом Джоном Флемстидом в 1690 году, однако Флемстид, наблюдав Уран по меньшей мере шесть раз, каталогизировал его как звезду 34 Тельца. Наблюдение Урана стало возможным благодаря строительству на Гринвичском холме Кристофером Реном новой Королевской обсерватории. Целью Флемстида было составление точной карты звёздного неба для решения «Проблемы долготы» - преодоления сложностей, связанных с трудностями точного определения долготы во время длительных морских путешествий. Точная карта звёздного неба должна была снизить число кораблекрушений, приводивших к гибели людей и утрате ценных корабельных грузов. «Звезда» 34 Тельца наблюдалась Флемстидом также в 1712, 1715 годах, а также одним из его преемников на посту королевского астронома Джеймсом Брэдли в 1748, 1750 и 1753 годах. Проблемой являлось то, что никто не понимал, что все эти наблюдения проводились в отношении одного и того же объекта. Уран наблюдался и другими астрономами, например, Тобиасом Майером в 1756 году, а Пьер Шарль ле Монье наблюдал Уран как минимум двенадцать раз с 1750 по 1769 год, в том числе четыре ночи подряд. Однако разрешающая способность телескопов того времени была недостаточной, чтобы сделать вывод о том, что Уран имеет планетный диск.

Честь официального открытия Урана как седьмой планеты Солнечной системы принадлежит английскому астроному немецкого происхождения Уильяму Гершелю. Гершель родился в немецком Ганновере, который тогда относился к Курфюршеству Брауншвейг-Люнебург Священной Римской империи. В 19 лет Гершель переехал в Англию, причём первоначально он был известен как музыкант-виртуоз и композитор. Его отец был военным музыкантом, и Гершель пошёл по его стопам. Получив музыкальное образование как гобоист и скрипач, Гершель возглавил оркестр Бата, английского города в графстве Сомерсет, местопребывания епископа. Гершель начал заниматься астрономическими наблюдениями с 1773 года параллельно с занятиями музыкой, и эти два занятия он совмещал до открытия Урана в 1781 году; с 1782 года он полностью сосредоточился на астрономических наблюдениях и перестал профессионально заниматься музыкой.

В 1773 году Гершель начал формировать свою астрономическую библиотеку, приобрёл квадрант, а впоследствии и целую мастерскую для самостоятельного изготовления инструментов для астрономических наблюдений. Он самостоятельно занимался шлифовкой зеркал и изготовлением телескопов, самостоятельно изготавливал окуляры. В изготовленные самостоятельно телескопы он рассмотрел кольца Сатурна, изучал лунное затмение, исследовал двойные звёзды. Гершель стал активным членом Философского общества Бата, объединявшего жителей города, интересующихся наукой. Гершель познакомился с Королевским астрономом Невилом Маскелайном; астрономические доклады Гершеля о лунных горах и о переменной звезде в созвездии Кита были прочитаны в Королевском обществе.

В марте 1781 года Гершель переехал на другой адрес, и практически сразу начал астрономические наблюдения. Он проводил исследования всех звёзд с видимой звёздной величиной не менее восьми. 13 марта 1781 года Гершель отметил в своём журнале, что наблюдал в квартиле рядом с двойной звездой Дзета Тельца, вероятно, туманную звезду или комету. Гершель обратил внимание, что открытый им объект выглядел немного больше звёзд и не мерцал, в отличие от них

Гершель пригласил к себе основателя Философского общества Бата Уильяма Уотсона, чтобы продемонстрировать ему своё наблюдение. Через четыре дня, 17 марта 1781 года, Гершель указал в журнале, что наблюдаемый им объект не может быть звездой, а, скорее всего, является кометой, поскольку объект поменял своё положение. Наблюдения Гершель вёл в 7-футовый рефлектор. По совету Уотсона Гершель написал в Королевское общество о своём наблюдении, однако в письме он предполагал, что открытый им объект является кометой.

Уже 22 марта 1781 года Королевское общество заслушало послание Гершеля. Гершель отметил, что при значительном увеличении открытый им объект казался размытым и нечётким, в то время как звёзды при таком же увеличении сохраняли блеск и чёткость. Гершель всё же полагал, что открытый объект, скорее всего, является кометой. 

Гершель не мог точно назвать небесные координаты объекта. Вследствие этого Профессор Оксфордского университета Томас Хорнсби – первый профессионал в области астрономии, с которым Гершель начал общаться ещё в 1774 года – ничего не сумел обнаружить в созвездии Тельца. Однако Королевский астроном Невил Маскелайн в апреле 1781 года увидел объект, который наблюдал Гершель. Он не обнаружил у объекта, который, как предполагал Гершель, мог быть кометой, ни головы, ни кометного хвоста. Маскелайн сообщил Гершелю, что этот объект может быть как кометой, движущейся по очень вытянутому эллипсу, так и планетой, вращающейся вокруг Солнца по почти круговой орбите. При этом Маскелайн указал Гершелю, что у этого объекта не наблюдается комы и хвоста, как у комет. Маскелайн решил передать данные Гершеля своим европейским коллегам для дополнительного изучения. Расчёты показали, что у наблюдаемого объекта почти круговая орбита, а не сильно вытянутая эллиптическая, как у кометы, и что у него нет выраженного хвоста. Большую роль в проверке версии о том, что наблюдаемый объект является планетой, сыграл немецкий астроном Иоганн Элерт Боде. Боде детально изучил орбиту планеты и предложил назвать новую, седьмую планету Солнечной системы Ураном - в честь бога неба из греческого пантеона. Окончательный научный консенсус вокруг того, что открытый Гершелем Уран является планетой, сложился примерно через два года после проведения Гершелем первых наблюдений Урана.

Важный вклад в изучение Урана внёс шведско-русский учёный Андерс Лексель, работавший в Петербурге, который одним из первых достаточно точно рассчитал орбиту открытого объекта и показал, что это не комета, а новая планета. Большой вклад в подтверждение открытия Гершеля внесли французские астрономы Пьер-Симон Лаплас и Жан-Батист Лаланд.

Гершель предлагал назвать открытую им планету Georgium Sidus в честь короля Георга III, однако в международном астрономическом сообществе за пределами Великобритании эта идея не нашла поддержки. После подтверждения открытия Урана Гершель был посвящён в рыцари и был назначен придворным астрономом короля. Благодаря назначенной ему пенсии Гершель смог полностью посвятить себя занятиям астрономией и оставил работу музыканта. Среди других заметных достижений Гершеля следует отметить открытие им двух спутников Урана (Титания и Оберон), двух спутников Сатурна (Мимас и Энцелад), обнаружение движения Солнечной системы в пространстве, открытие сезонных изменений полярных шапок на Марсе. Очень ценные для астрономии данные были включены в звёздный каталог Уильяма Гершеля, который он составил при участии его сестры Каролины. Каталог включал 2500 объектов, в том числе туманности, звёздные скопления, планетарные туманности и другие объекты. Материалы каталога используются в работе астрономов до сегодняшнего дня.

Открытие Урана Уильямом Гершелем стало настоящим научным прорывом. После десятилетий использования более совершенных телескопов астрономическая наука наконец смогла выйти на новый уровень представлений о Солнечной системе, дополнив свои представления о ней наличием седьмой планеты. Это означало, что у Солнца могут быть и другие планеты, помимо уже известных, и для этого было необходимо совершенствовать астрономическую технику и проводить детальные измерения звёздного неба. Открытие следующей, восьмой планеты – Нептуна – было совершено в 1846 году в Берлинской обсерватории Иоганном Галле. Открытие стало возможным благодаря детальному изучению Урана, а именно, его орбиты – поскольку Уран то отставал от расчётного положения на орбите, то опережал его. Появились предположения, что отклонения орбиты связаны с гравитационным положением неизвестного небесного тела, орбита которого расположена дальше от Солнца. На основании этих расчётов французский учёный Урбен Леверье проанализировал возмущения в орбите Урана и предсказал положение восьмой планеты – Нептуна, а Галле подтвердил эти предположения. Так открытие Гершелем Урана обусловило и новое астрономическое открытие Нептуна как ещё одной планеты Солнечной системы.

Последующее изучение Урана принесло астрономам много интересных открытий. Через шесть лет после открытия Урана Гершель сообщил об открытии у него двух спутников – Титании и Оберона, а позднее сообщил о ещё четырёх спорных спутниках. К настоящему времени число открытых спутников Урана достигло как минимум 29. Любопытно, что планета имеет выраженный осевой наклон (около 98 процентов) и обратное вращение. К настоящему времени планету изучили с близкого расстояния лишь однажды – в 1986 году, когда мимо неё пролетел зонд «Вояджер-2». В 1977 году у Урана обнаружили кольца с помощью аэростатной обсерватории «Койпер», к настоящему их известно уже тринадцать. Планета очень интересна тем, что имеет большое количество явлений, не получивших до настоящего времени исчерпывающего научного объяснения – очень низкое внутреннее тепловое излучение, максимальная скорость ветра 900 км/ч, хаотичное образование облаков и изменения в полярной шапке, значительная асимметрия магнитосферы планеты. Кстати, асимметрия магнитосферы приводит к образованию на Уране больших атмосферных магнитных пузырей (плазмоидов), один из которых наблюдался в космическом пространстве рядом с планетой Уран после детального анализа и переоценки данных, записанных «Вояджером-2» в 1986 году.

Эти и другие пробелы в знаниях об Уране обусловливают необходимость новой экспедиции к этой отдалённой планете Солнечной системы. Да и в целом недостаток знаний о ледяных гигантах неоднократно отмечался в различных отчётах, например, в Десятилетнем обзоре по планетарным наукам за 2013-2022 годы; было рекомендовано не позднее 2023 года направить к Урану орбитальный аппарат и зонд для исследования Урана. Однако эти планы до настоящего времени не реализованы. С учётом этой ситуации Китайское национальное космическое управление анонсировало, что в рамках миссии «Тяньвэнь-4», которая направится к Юпитеру в 2029 году, будет предусмотрен дополнительный зонд, который отделится от основного аппарата и воспользуется гравитационным манёвром, в марте 2045 года он пролетит мимо Урана и соберёт дополнительные данные о планете. У Китайского национального космического управления существуют и планы создания ещё одного аппарата «Тяньвэнь-5», который может выйти на орбиту Урана либо Нептуна. Существует также проект НАСА о направлении к Урану флагманской миссии к 2049 году. В любом случае, Уран требует дополнительных научных исследований, что расширит наши представления о структуре и составе его атмосферы,  а также может пролить свет на эволюцию планеты и способ её формирования, что также может в целом расширить наши представления об эволюции Солнечной системы.

Но расширение представлений о Солнечной системы, её богатстве и многообразии было бы невозможным без открытия в 1781 году Урана Уильямом Гершелем. Это прорывное открытие изменило уходящие вглубь веков, к античности и Древнему Вавилону, представления о том, что Сатурн является наиболее удалённой планетой Солнечной системы. Открытие Урана позволило расширить горизонт представлений человечества о Солнечной системе, что стало возможным благодаря совершенствованию телескопной техники и, конечно, благодаря таланту, внимательности, настойчивости британского астронома Уильяма Гершеля, который сделал открытие, позволившее астрономической науке того времени выйти на качественно новый уровень представлений об окружающем мире.

Юрий Понажев, АГО, Смоленск