開始，赫歇耳使用的是能夠放大270倍的目鏡鏡麵，接著更換成能夠放大460倍的，最後又使用了能夠放大930倍的目鏡麵。更換目鏡鏡麵是判斷恒星還是行星或彗星的一種觀測方法。在更換目鏡鏡麵後，星體如果變大，則該星體屬於行星或彗星；星體如果不變，則該星體是屬於恒星。
赫歇耳更換目鏡鏡麵後，發現星體增大，這說明他所觀測到的那顆星是屬於行星或彗星。但是，自從天文望遠鏡發明以來，雖然發現許多新星，而行星卻從未增加過一顆，所以當時不論哪位天文學家，都認為在太陽係裏圍繞太陽轉動的隻有水星、金星、火星、木星、土星和地球等六大行星而已。
傳統的偏見，使赫歇耳不敢相信這是太陽係裏的另一個新成員——行星，於是，赫歇耳便似是而非地把它當成一顆遙遠的彗星。
卡羅琳的觀測記錄簿上連續記錄著：
3月19日，彗星東移。
3月25日，彗星速度加快，星體逐漸增大……
3月28日，彗星星體再增大，逐漸接近地球。
4月6日，使用放大278倍的目鏡鏡麵觀測，彗星邊緣清楚可見，但是，未見周圍的霧狀雲以及彗星尾……
一般彗星都有彗尾，即使沒有彗尾的，周圍也要有霧狀雲，對此，赫歇耳認為：“既不見彗尾，又沒有霧狀雲，恐怕不是一顆普通的彗星。”
為了弄清這顆新星的真實身份，赫歇耳迫切需要求助於整個天文學界的幫助，希望各國天文學家都來進行對這顆新星的觀測。因此，他在1781年4月26日向英國皇家學會提交了一篇名叫《一顆彗星的報告》的論文，闡明了他發現的這顆新星的位置和特點，並希望各國天文學家對它進行觀測。
赫歇耳的報告，引起了天文學界的極大震動，許多天文學家紛紛將天文望遠鏡對準這顆“不平凡”的“彗星”，進行跟蹤觀測。可是，根據“彗星”運行軌道的計算結果表明，它不像其他彗星那樣走著一條拉長了的道路而是十分近似其他行星所走的圓形軌道。“這難道是一顆新行星嗎？”人們經過很長一段時間的懷疑，最終才不得不承認它的確是太陽係裏的第七顆行星。
當時，赫歇耳以英國國王喬治三世的名字，給這顆新行星命名為“喬治星”。但是，忠於神話傳統的英國人，把這顆太陽係的新成員，用希臘神話中的天神“伏拉納斯”的名字來命名它，翻譯成中文就叫“天王星”。
天王星的發現，突破了千百年來的傳統觀念，第一次擴大了太陽係疆界的範圍，這無疑是人們在探索宇宙的道路上，邁出的十分了不起的一步，它對於進一步認識太陽係起著意義重大的解放思想的作用。天王星的發現，猶如在平靜的池塘中投了一塊石子，人們相繼又發現了第八顆行星海王星、第九顆行星冥王星，乃至今天人們仍在努力尋找著第十顆行星。
天王星的世界
距離太陽的第七顆行星天王星是太陽係中的第三大行星。它的赤道直徑51，800公裏，每84.01地球年繞太陽公轉一周，和太陽之間的平均距離是28.7億公裏。自轉一周17小時14分。天王星至少有22個衛星，最大的兩個是Titania和Oberon。
天王星的大氣由83％的氫、15％的氦、2％的甲烷與少量的乙炔和其他碳氫化合物組成。上層大氣中的甲烷吸收紅光，使得天王星呈現出藍綠色。大氣層中排列著在各個緯度運行的雲層，其形成機製與木星和土星鮮明的緯度雲帶相似。天王星中緯地區的風向與行星自轉方向保持一致，風速在每秒40～160米之間。射電科學實驗發現，在赤道地區，風速保持在每秒100米，但方向正好相反。
天王星最著名的特征是其傾斜的姿態。導致它保持這個不尋常的姿勢的原因，可能是由於在太陽係形成的初期一個行星大小的天體與它發生過碰撞。旅行者2號發現，這個傾斜的姿勢給天王星帶來的最讓人吃驚的影響是在給它的磁場所造成的後果，它的磁場軌跡與其自轉軸有60度的夾角。行星的自轉把磁場扭曲成了長長的螺旋形。磁場的成因尚未明了；原本以為在其內核和大氣之間存在著的一個由水和氨水組成的導電的、超高壓的海洋看起來並不存在。地球和其他行星磁場的成因據信是由於它們熔化的內核所導致的電流作用。