Caroline Herschel (16 mars 1750 - 9 janvier 1848) est une astronome britannique d'origine allemande. Née à Hanovre, dans une famille de musiciens, elle rejoint son frère, l’astronome William Herschel, en Angleterre. Elle découvre de nouvelles comètes, en particulier la comète périodique 35P/Herschel-Rigollet, qui porte son nom, des nébuleuses et des objets du ciel profond. En 1828, elle reçoit la Médaille d'or de la Royal Astronomical Society.
Caroline Herschel naît le 16 mars 1750 à Hanovre. Elle est la huitième enfant et quatrième fille d'Isaac Herschel et de sa femme Anna Ilse Moritzen. Devenu chef d'orchestre militaire chez les Gardes, Isaac part en campagne avec son régiment pour une longue période, mais revient en mauvaise santé après la bataille de Dettingen en 1743 ; quoique habile musicien, il entretient aussi des jardins pour subvenir aux besoins de sa famille, mais son talent musical lui procure un poste de musicien d'orchestre dans l'armée prussienne.
Caroline a survécu de justesse à la variole à l’âge de trois ans, ce qui laissera son visage marqué. Ensuite, à dix ans elle est atteinte du typhus, ce qui limite sa taille à moins de 1,40 m. Supposant qu'elle ne trouvera jamais de mari (ce qui se réalise), sa mère envisage pour elle un rôle de Cendrillon, servante de la maison. Isaac, qui a déjà encouragé ses aînés à étudier les mathématiques, la musique et le français, s'émeut du sort de Caroline et, à l'insu de sa femme, l'encourage à étudier. Il profite de la moindre absence de sa femme pour l'instruire lui-même ou la joindre aux leçons dispensées à ses frères. Il l'incite à apprendre à filer, à coudre, à faire des vêtements, à réaliser divers petits travaux en vue d'être autonome plus tard. Cependant, Isaac meurt en 1767 d'une mauvaise santé due au service de guerre, laissant Caroline, 17 ans, à la merci d'Anna et de son frère Jacob, le nouveau chef de famille.
En 1757 a lieu la bataille de Hastenbeck, désastreuse pour Hanovre. Peu désireux de vivre sous la loi française, son frère William (de son nom de baptême, Wilhelm Friedrich) émigre à Bath (en Angleterre) et s'y établit comme organiste et professeur de musique. Lors de la mort de leur père Isaac en 1767, Caroline devient contre son gré (William lui a proposé de le rejoindre en Angleterre) la ménagère responsable de la maison paternelle. Heureusement, lorsque William revient séjourner à la maison en 1772, il l'invite à l'accompagner pour y tenir sa maison et apprendre le chant ; elle accepte immédiatement et quitte Hanovre le 16 août 1772. William, qui est un musicien accompli, nommé depuis 1766-1767 organiste et chef de chœur titulaire de l'Octagon Chapel (en) de Bath, lui donne des leçons de chant et fait d'elle la chanteuse vedette de ses concerts et oratorios. Sa réputation est telle qu'elle est invitée à se produire au festival de Birmingham, mais elle décline l'invitation, car elle ne veut être dirigée que par son frère, ne fréquente pas la société locale et se fait peu d'amis.
William, passionné d'astronomie, réclame constamment son assistance. À ce moment, Caroline ne partage pas encore la passion de son frère pour la science. L'intérêt de William pour l'astronomie commence comme un hobby de nuit, dont il relate, dans un discours impromptu, au repas du petit matin, tout ce qu'il a appris. Caroline s'y adonne petit à petit : « [je suis], dit-elle, fort empêchée de me consacrer à mon travail, à cause de l'aide permanente sollicitée pour le maniement des divers dispositifs astronomiques ».
Son frère abandonne son travail d'enseignant et de chef de chœur en faveur de l'astronomie.
William lui enseigne les mathématiques, mais elle reste sa ménagère et n'est pas encore son apprentie. Il ambitionne d'observer l'univers de plus en plus lointain et, aidé de sa sœur Caroline, construit beaucoup de télescopes très puissants, qu'il vend aisément. Sa notoriété de fabricant de télescopes de bonne qualité s'étend à toute l'Angleterre. Caroline consacre beaucoup d'heures à polir des miroirs et monter des télescopes dans le but de piéger la plus grande quantité de lumière possible. Elle apprend à copier les tables astronomiques et d'autres publications empruntées par William. Elle apprend aussi à enregistrer et extraire l'essentiel des données ; elle prépare les observations astronomiques de son frère. Ce travail demande — elle le dit elle-même — célérité, précision et exactitude. Il a donc rapidement entraîné sa sœur dans cette nouvelle passion.
En 1777, William (jusqu'en 1782) et Caroline (jusqu'en 1784) occupent une maison récemment construite, au 19 New King Street, à Bath dans le Somerset. Le 13 mars 1781, William y devient célèbre grâce à la découverte d’une nouvelle planète gravitant au-delà de Saturne ; il la nomme Georgium Sidus (en l'honneur de George III), mais elle porte finalement le nom d'Uranus, père de Saturne dans la mythologie romaine. Cette découverte d'Uranus le propulse, l'année suivante, au poste d’astronome privé du roi George III. Il quitte la maison de Bath et emménage à Datchet, près du château de Windsor, laissant le soin à sa sœur — devenue son apprentie à 32 ans — de tenir la maison, répondre aux visiteurs, etc. Elle a appris les fondements du métier et retrouvé la confiance en elle-même perdue depuis la période de servitude passée auprès de ses parents. En 1784, elle emménage auprès de son frère et, par la suite, dans la maison voisine de l'observatoire de Slough (dans le Berkshire) qu'elle construit avec William.
La nouvelle fonction de William n'a pas que des côtés brillants : bien qu'elle lui laisse beaucoup de temps libre pour les observations astronomiques, elle entraîne une baisse de revenus et le met à tout moment au service du bon plaisir royal. À cette époque, William et Caroline perfectionnent leurs télescopes, fabriquant une série de dispositifs de plus en plus grands, jusqu'à obtenir le fameux instrument de 40 pieds de distance focale. Caroline l'assiste en permanence pendant ses observations, résolvant aussi avec lui des calculs compliqués.
Dès 1782, William suggère à Caroline d'observer seule, et elle occupe ses heures de loisirs à observer elle-même le ciel au moyen d'un télescope de Newton de 27 pouces de distance focale avec lequel, de 1783 à 1787, elle observe beaucoup d'objets célestes, notamment NGC 7789 (la Rose de Caroline) et Messier M110 (NGC 205), second compagnon de la galaxie d'Andromède, dont la découverte lui est attribuée.
De 1786 à 1797, elle découvre aussi huit comètes, la première le 1er août 1786, et redécouvre la fameuse comète périodique d'Encke en 1786 et 1795. Elle a le mérite incontesté d'avoir été la première à découvrir cinq de ces comètes.
En 1787, le roi Georges III lui attribue une pension annuelle de 50 £ pour son travail au titre d'assistante de William, faisant ainsi d'elle la première femme payée pour des services scientifiques et donc la première astronome professionnelle.
En mai 1788, elle doit encore déménager, sans William cette fois, car celui-ci, alors âgé de 50 ans, vient d’épouser la jeune veuve d’un marchand londonien, nommée Mary Pitt. Elle continue son partenariat avec son frère.
En 1797, les observations ont montré qu'il y a vraiment beaucoup de décalages entre les positions des étoiles, telles qu'observées par William, et celles répertoriées dans le catalogue publié par John Flamsteed. Au surplus, ce catalogue divisé en deux volumes est difficile à consulter : il y a le catalogue proprement dit et le volume des observations d'origine. William réalise qu'il lui faut un index croisé proprement dit pour examiner ces décalages, mais renonce à y consacrer du temps aux dépens d'activités purement astronomiques. Il confie à Caroline le soin d'entreprendre cette lourde tâche. Le Catalogue d'étoiles qui en résulte, publié en 1798 par la Royal Society, offre un index de chaque observation de chaque étoile faite par Flamsteed, une liste d'errata et une liste de plus de 560 étoiles qui n'y étaient pas répertoriées. En 1822, de retour à Hanovre, Caroline poursuit ses études astronomiques afin de vérifier et confirmer les découvertes de son frère William.