天王星（Uranus）
平均日距 2,870,990,000 km (19.218 AU)
直徑 51,118 km (equatorial)
質(zhì)量 8.686e25 kg
密度 1.28 gm/cm
重力 1.15G
公轉(zhuǎn) 84.81 地球年
自轉(zhuǎn) 0.72 地球天 （17 時 14 分 24 秒）
（歷元 J2000）
遠(yuǎn)日點距離：3,004,419,704 km（20.08330526 AU）
近日點距離：2,748,938,461 km（18.37551863 AU）
軌道半長軸： 2,876,679,082 km（19.22941195 AU）
軌道離心率： 0.044405586
會合周期： 369.66 日
平均公轉(zhuǎn)速度： 6.81 km/s
平均近點角： 142.955717°
軌道傾角： 0.772556°（6.48° 對太陽的赤道）
升交點赤經(jīng)： 73.989821°
近日點輻角： 96.541318°
衛(wèi)星數(shù)： 27
赤道半徑：25,559 ± 4 km（4.007 地球）
兩極半徑：24,973 ± 20 km（3.929地球）
扁率：0.0229
表面積：8.1156×109 km²（15.91 個地球表面積）
體積：6.833×1013 km³（63.086 個地球體積）
質(zhì)量：8.6810 ± 13×1025 公斤（14.536 個地球）
GM=5,793,939 ± 13 公里^3/秒^2;
平均密度：1.290 g/cm^3;
赤道表面重力加速度：8.69 m/s^2;（0.886 g）
逃逸速度：21.3 km/s
赤道旋轉(zhuǎn)速率：2.59 km/s（9,320 km/h）
軸傾斜：97.77°
北極赤經(jīng)：17 h 9 min 15 s，257.311°
赤緯：?15.175°
反照率：0.300 (bond)，0.51 (geom)
表面溫度：
最小 平均 最大
49 K 53 K 57 K
星等： 5.9～5.32
角度尺寸： 3.3"－4.1" [3]
形容用詞： Uranian
大氣組成：
83±3% 氫分子 (H2)
15±3% 氦
2.3% 甲烷
0.009%(0.007-0.015%) 重氫化合物 (HD)
冰:
氨
水
氨硫化氫 (NH4SH)
甲烷 (CH4)
天王星環(huán)的總表
旅行家2號在1986年飛越天王星時，拍攝了天王星的環(huán)，2005年又新發(fā)現(xiàn)了兩道環(huán)。
天王星（Uranus）
天王星是太陽系中離太陽第七遠(yuǎn)行星，從直徑來看，是太陽系中第三大行星。天王星的體積比海王星大，質(zhì)量排名第四卻比海王星輕。由于天王星和海王星離太陽都十分遙遠(yuǎn)，我們稱其為遠(yuǎn)日行星。
其英文名稱Uranus來自古希臘神話的天空之神烏拉諾斯（Ο?ραν??），是克洛諾斯的父親，宙斯的祖父。烏拉諾斯是古希臘神話中的宇宙之神，是最早的至高無上的神。他是該亞的兒子兼配偶，是Cronus（農(nóng)神土星）、獨眼巨人和泰坦（奧林匹斯山神的前輩）的父親。在古代就為人們所知的五顆行星（水星、金星、火星、木星、土星）相比，天王星的亮度也是肉眼可見的，但由于較為黯淡以及緩慢的繞行速度而未被古代的觀測者認(rèn)定為一顆行星。
天王星的發(fā)現(xiàn)
天王星是由威廉·赫歇耳通過望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)地搜尋，在1781年3月13日發(fā)現(xiàn)的，它是現(xiàn)代發(fā)現(xiàn)的第一顆行星。事實上，它曾經(jīng)被觀測到許多次，只不過當(dāng)時被誤認(rèn)為是另一顆恒星（早在1690年John Flamsteed便已觀測到它的存在，但當(dāng)時卻把它編為34 Tauri）。赫歇耳把它命名為"the Georgium Sidus（天竺葵）"（喬治亞行星）來紀(jì)念他的資助者，那個對美國人而言臭名昭著的英國國王：喬治三世；其他人卻稱天王星為“赫歇耳”。由于其他行星的名字都取自希臘神話，因此為保持一致，由波德首先提出把它稱為“烏拉諾斯(Uranus)”（天王星），但直到1850年才開始廣泛使用。
只有一艘行星際探測器曾到過天王星，那是在1986年1月24日由旅行者2號完成的。
大多數(shù)的行星總是圍繞著幾乎與黃道面垂直的軸線自轉(zhuǎn)，可天王星的軸線卻幾乎平行于黃道面。在旅行者2號探測的那段時間里，天王星的南極幾乎是接受太陽直射的。這一奇特的事實表明天王星兩極地區(qū)所得到來自太陽的能量比其赤道地區(qū)所得到的要高。然而天王星的赤道地區(qū)仍比兩極地區(qū)熱。這其中的原因還不為人知。
而且它不是以大于90度的轉(zhuǎn)軸角進(jìn)行正向轉(zhuǎn)動，就是以傾角小于90度進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)動。問題是你要在某個地方畫一條分界線，因為比如對金星是否是真的逆向轉(zhuǎn)動（不是傾角接近180度的正向轉(zhuǎn)動）就有一些爭議。
物理性質(zhì)
天王星大氣的主要成分是氫和氦，還包含較高比例的由水、氨、甲烷等結(jié)成的“冰”，與可以探測到的碳?xì)浠衔?。天王星是太陽系?nèi)大氣層最冷的行星，最低溫度只有49K（?224℃）。其外部的大氣層具有復(fù)雜的云層結(jié)構(gòu)，水在最低的云層內(nèi)，而甲烷組成最高處的云層。相比較而言，天王星的內(nèi)部則是由冰和巖石所構(gòu)成。
天王星基本上是由巖石和各種各樣的冰組成的，它僅含有15％的氫和一些氦（與大都由氫組成的木星和土星相比是較少的）。天王星和海王星在許多方面與木星和土星在去掉巨大液態(tài)金屬氫外殼后的內(nèi)核很相象。雖然天王星的內(nèi)核不像木星和土星那樣是由巖石組成的，但它們的物質(zhì)分布卻幾乎是相同的。
天王星的大氣層含有大約83％的氫，15％的氦和2％的甲烷。
如其他所有的氣態(tài)行星一樣，天王星也有帶狀的云圍繞著它快速飄動。但是它們太微弱了，以至只能由旅行者2號經(jīng)過加工的圖片才可看出（右圖）。最近由哈博望遠(yuǎn)鏡的觀察（左圖）顯示的條紋卻更大更明顯。據(jù)推測，這種差別主要是由于季節(jié)的作用而產(chǎn)生的（太陽直射到天王星的某個低緯地區(qū)可能造成明顯的白天黑夜的作用）。
在許多方面天王星（海王星也是）與大部分都是氣態(tài)氫組成的木星與土星不同，其性質(zhì)比較接近木星與土星的地核部分，而沒有類木行星包圍在外的巨大液態(tài)氣體表面（主要是由金屬氫化合物氣體受重力液化形成）。天王星并沒有土星與木星那樣的巖石內(nèi)核，它的金屬成分是以一種比較平均的狀態(tài)分布在整個地殼之內(nèi)。直接以肉眼觀察，天王星的表面呈現(xiàn)洋藍(lán)色，這是因為它的甲烷大氣吸收了大部分的紅色光譜所導(dǎo)致。
天王星的顏色
天王星顯藍(lán)色是其外層大氣層中的甲烷吸收了紅光的結(jié)果。那兒或許有像木星那樣的彩帶，但它們被覆蓋著的甲烷層遮住了。
像其他所有氣態(tài)行星一樣，天王星有光環(huán)。它們像木星的光環(huán)一樣暗，但又像土星的光環(huán)那樣由相當(dāng)大的直徑達(dá)到10米的粒子和細(xì)小的塵土組成。天王星有11層已知的光環(huán)，但都非常暗淡；最亮的那個被稱為Epsilon光環(huán)。天王星的光環(huán)是繼土星的被發(fā)現(xiàn)后第一個被發(fā)現(xiàn)的，這一發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是十分重要的，由此我們知道了光環(huán)是行星的一個普遍特征，而不是僅為土星所特有的。
旅行者2號發(fā)現(xiàn)了繼已知的5顆大衛(wèi)星后的10顆小衛(wèi)星?？磥碓诠猸h(huán)內(nèi)還有一些更小的衛(wèi)星。
談到天王星轉(zhuǎn)軸的問題，還值得一提的是它的磁場也十分奇特，它并不在此行星的中心，而傾斜了近60度。這可能是由于天王星內(nèi)部的較深處的運動而造成的。
有時在晴朗的夜空，剛好可用肉眼看到模糊的天王星，但如果你知道它的位置，通過雙筒望遠(yuǎn)鏡就十分容易觀察到了。通過一個小型的天文望遠(yuǎn)鏡可以看到一個小圓盤狀。邁克·哈衛(wèi)的行星尋找圖表顯示了天王星以及其它行星在天空中的位置。越來越多的細(xì)節(jié)，越來越好的圖表將被如燦爛星河這樣的天文程序來發(fā)現(xiàn)和完成。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)
天王星內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
天王星的質(zhì)量大約是地球的14.5倍，是類木行星中質(zhì)量最小的，它的密度是1.29公克/公分3只比土星高一些。直徑雖然與海王星相似（大約是地球的4倍），但質(zhì)量較低。這些數(shù)值顯示它主要由各種各樣揮發(fā)性物質(zhì)，例如水、氨和甲烷組成。天王星內(nèi)部冰的總含量還無法精確的知道，根據(jù)選擇模型的不同而有不同的結(jié)果，但是總是在地球質(zhì)量的9.3至13.5倍之間。氫和氦在全體中只占很小的部分，大約在0.5至1.5地球質(zhì)量。剩余的質(zhì)量（0.5至3.7地球質(zhì)量）才是巖石物質(zhì)。
天王星的標(biāo)準(zhǔn)模型結(jié)構(gòu)包括三個層面：在中心是巖石的核，中間是冰的地幔，最外面是氫/氦組成的外殼。相較之下核非常的小，只有0.55地球質(zhì)量，半徑不到天王星的20%；地幔則是個龐然大物，質(zhì)量大約是地球的13.4倍；而最外層的大氣層則相對不明確，大約占有剩余20%的半徑，但質(zhì)量大約只有地球的0.5倍。天王星核的密度大約是9公克/公分3，在核和地幔交界處的壓力是8百萬巴和大約5,000K的溫度。冰的地幔實際上并不是由一般意義上所謂的冰組成，而是由水、氨和其他揮發(fā)性物質(zhì)組成的熱且稠密的流體。這些流體有高導(dǎo)電性，有時被稱為水-氨的海洋。天王星和海王星的大塊結(jié)構(gòu)與木星和土星相當(dāng)?shù)牟煌?，冰的成分超越氣體，因此有理由將它們分開另成一類為冰巨星。
上面所考慮的模型或多或少都是標(biāo)準(zhǔn)的，但不是唯一的，其他的模型也能滿足觀測的結(jié)果。例如，如果大量的氫和巖石混合在地幔中，則冰的總量就會減少，并且相對的巖石和氫的總量就會提高；目前可利用的數(shù)據(jù)還不足以讓人們確認(rèn)哪一種模型才是正確的。天王星內(nèi)部的流體結(jié)構(gòu)意味著沒有固體表面，氣體的大氣層是逐漸轉(zhuǎn)變成內(nèi)部的液體層內(nèi)。但是，為便于扁球體的轉(zhuǎn)動，在大氣壓力達(dá)到1巴之處被定義和考慮為行星的表面時，它的赤道和極的半徑分別是25,559±4和24,973±20公里。 這樣的表面將做為這篇文章中高度的零點。
內(nèi)熱
天王星的內(nèi)熱看上去明顯的比其他的類木行星為低，在天文的項目中，它是低熱流量。目前仍不了解天王星內(nèi)部的溫度為何會如此低，大小和成分與天王星像是雙胞胎的海王星，放出至太空中的熱量是得自太陽的2.61倍；相反的，天王星幾乎沒有多出來的熱量被放出。天王星在遠(yuǎn)紅外線（也就是熱輻射）的部分釋出的總能量是大氣層吸收自太陽能量的1.06±0.08倍。事實上，天王星的熱流量只有0.042±0.047瓦/米2，遠(yuǎn)低于地球內(nèi)的熱流量0.075瓦/米2。天王星對流層頂?shù)臏囟茸畹蜏囟燃o(jì)錄只有49K，使天王星成為太陽系溫度最低的行星，比海王星還要冷。
在天王星被超重質(zhì)量的錘碎機(jī)敲擊而造成轉(zhuǎn)軸極度傾斜的假說中，也包含了內(nèi)熱的流失，因此留給天王星一個內(nèi)熱被耗盡的核心溫度。另一種假說認(rèn)為在天王星的內(nèi)部上層有阻止內(nèi)熱傳達(dá)到表面的障礙層存在，例如，對流也許僅發(fā)生在一組不同的結(jié)構(gòu)之間，也許禁止熱能向上傳遞。
大氣層
雖然在天王星的內(nèi)部沒有明確的固體表面，天王星最外面的氣體包殼，也就是被稱為大氣層的部分，卻很容易以遙感測量。遙感測量的能力可以從1巴（100千帕）之處為起點向下深入至300公里，相當(dāng)于100 巴（10百萬帕）的大氣壓力和320K的溫度。稀薄的暈從大氣壓力1巴的表面向外延伸擴(kuò)展至半徑兩倍之處，天王星的大氣層可以分為三層：對流層，從高度-300至50公里，大氣壓100巴至0.1巴；（10百萬帕到10千帕）平流層（同溫層），高度50至4000公里，大氣壓力0.1帕至10?10巴（10千帕到10 μ帕）；和增溫層/暈，從4000公里向上延伸至距離表面50,000公里處。沒有中氣層（散逸層）。
成分
天王星大氣層的成分和天王星整體的成分不同，主要是氫和氦。氦的摩爾分?jǐn)?shù)，例如每摩爾中所含有的氦原子數(shù)量，在對流層的上層是0.15±0.03，相當(dāng)于0.26±0.05質(zhì)量百分比。這個數(shù)值很接近0.275±0.01的原恒星質(zhì)量百分比。顯示在氣體的巨星中，氦在行星中是不穩(wěn)定的。在天王星的大氣層中，含量占第三位的是甲烷（CH4）。甲烷在可見和近紅外的吸收帶為天王星制造了明顯的藍(lán)綠或青色的顏色。在大氣壓力1.3巴（130千帕）的甲烷云頂之下，甲烷在大氣層中的摩爾分?jǐn)?shù)是2.3%，這個量大約是太陽的20至30倍。混合的比率在大氣層的上層由于極端的低溫，降低了飽合的水準(zhǔn)并且造成多余的甲烷結(jié)冰。對低揮發(fā)性物質(zhì)的豐富度，像是氨、水和硫化氫，在大氣層深處的含量所知有限，但是大概也會高于太陽內(nèi)的含量。除甲烷之外，在天王星的上層大氣層中可以追蹤到各種各樣微量的碳?xì)浠衔铮徽J(rèn)為是太陽的紫外線輻射導(dǎo)致甲烷光解產(chǎn)生的。包括乙烷（C2H6）, 乙炔（C2H2）, 甲基乙炔（CH3C2H）, 聯(lián)乙炔（C2HC2H）。光譜研究也揭露了水蒸汽的蹤影，一氧化碳和二氧化碳在大氣層的上層，但可能只是來自于彗星和其他外部天體的落塵。
對流層
對流層是大氣層最低和密度最高的部分，溫度隨著高度增加而降低， 溫度從有名無實的底部大約320K，?300公里，降低至53K，高度50公里。在對流層頂實際的最低溫度在49至57K，依在行星上的高度來決定。對流層頂是行星的上升暖氣流輻射遠(yuǎn)紅外線最主要的區(qū)域，由此處測量到的有效溫度是59.1±0.3K。
對流層應(yīng)該還有高度復(fù)雜的云系結(jié)構(gòu)，水云被假設(shè)在大氣壓力50至100巴（5到10百萬帕），氨氫硫化物云在20至40巴（2到4百萬帕）的壓力范圍內(nèi)，氨或氫硫化物云在3和10巴（0.3到1百萬帕），最后是直接偵測到的甲烷云在1至2巴（0.1到0.2百萬帕）。對流層是大氣層內(nèi)非常生氣蓬勃的部分，展現(xiàn)出強風(fēng)、明亮的云彩和季節(jié)性的變化，將會在下面討論。
上層大氣層
天王星大氣層的中層是平流層，此處的溫度逐漸增加，從對流層頂?shù)?3K上升至增溫層底的800至850K。平流層的加熱來自于甲烷和其他碳?xì)浠衔镂盏奶栕贤饩€和紅外線輻射，甲烷光解的結(jié)果形成這部分的大氣層。熱也來自增溫層的傳導(dǎo)。碳?xì)浠衔锵鄬碚f只是很窄的一層，高度在100至280公里，相對于氣壓是10至0.1毫巴（1000到10千帕），溫度在75K和170K之間。含量最多的碳?xì)浠衔锸且胰?、乙烷、與甲烷，相對于氫的混合比率是×10?7。一氧化碳在這個高度上的混合比率相似。更重的碳?xì)浠衔铩⒍趸己退魵?，在混合的比率上還要低三個數(shù)量級。水的豐度7×10?9。乙烷和乙炔在平流層內(nèi)溫度和高度較低處與對流層頂（低于10毫巴）傾向于凝聚而形成數(shù)層陰霾的云層，這可能是天王星上的云帶出現(xiàn)的部分原因。然而，碳?xì)浠衔锛性谔焱跣瞧搅鲗雨庼仓系母叨缺绕渌惸拘行堑母叨纫@著的低。
天王星大氣層的最外層是增溫層或暈，有著均勻一致的溫度，大約在800至850K。目前仍不了解是何種熱源支撐著如此的高溫，雖然低效率的冷卻作用和平流層上層的碳?xì)浠衔镆材茇暙I(xiàn)一些能源，但即使是太陽的遠(yuǎn)紫外線和超紫外線輻射，或是極光活動都不足以提供所需的能量。在平流層0.1毫巴氣壓等級以上缺乏碳?xì)浠衔镌斐晌⑷醯慕禍匦士赡軣o可否認(rèn)地對此有所貢獻(xiàn)。除此之外，氫分子和增溫層與暈擁有大比例的自由氫原子，她們的低分子量和高溫可以解釋為何暈可以從行星擴(kuò)展至50,000公里，天王星半徑的兩倍遠(yuǎn)。這個延伸的暈是天王星的一個獨特的特點。他的作用包括阻尼環(huán)繞天王星的小顆粒，導(dǎo)致一些天王星環(huán)中塵粒的耗損。天王星的增溫層和平流層的上層對應(yīng)著天王星的電離層。觀測顯示電離層占據(jù)2,000至10,000公里的高度。天王星電離層的密度比土星或海王星高，這可能肇因于碳?xì)浠衔镌谄搅鲗拥吞幍募小ｋ婋x層是承受太陽紫外線幅射的主要區(qū)域，它的密度也依據(jù)太陽活動而改變。極光活動不如木星和土星的明顯。
行星環(huán)
天王星的環(huán)。最外層是明亮的ε環(huán)，還可以看見另外的9個環(huán)。
天王星有個復(fù)雜的行星環(huán)系統(tǒng)，它是太陽系中繼土星環(huán)之后發(fā)現(xiàn)第二個環(huán)系統(tǒng)。該環(huán)由大小毫米到幾米的極端黑暗粒狀物質(zhì)組成。目前已知天王星環(huán)有13個圓環(huán)，其中最明亮的是ε環(huán)。所有天王星行星環(huán)除兩個以外皆極度狹窄–通常只有幾公里寬。天王星環(huán)大概還相當(dāng)年輕；動力學(xué)分析指出它們不是與天王星同時形成的。環(huán)中的物質(zhì)可能來自被高速撞擊或潮汐力粉碎的衛(wèi)星。而來自這些撞擊結(jié)果形成的眾多碎片中，只有少數(shù)幾片留存在對應(yīng)到現(xiàn)今的環(huán)的有限數(shù)量穩(wěn)定區(qū)域里。
威廉·赫歇耳聲稱他曾經(jīng)在1789年看見天王星環(huán)，然而這是值得懷疑的，首先該環(huán)相當(dāng)?shù)镊龅?，而且隨后的兩個世紀(jì)沒有一個觀測者曾經(jīng)注意到環(huán)的存在。盡管如此，赫歇耳正確的描述了ε環(huán)大小、其相對于地球間的角度、色澤為紅、以及它隨天王星繞行太陽造成顯著變化。環(huán)確實的發(fā)現(xiàn)日期是1977年3月10日，在詹姆斯·L.·艾略特、愛德華·W.·杜漢、和道格拉斯·J.·明克透過柯伊伯機(jī)載天文臺觀測時意外的發(fā)現(xiàn)。他們原本的計劃是觀測天王星掩蔽SAO 158687以研究天王星的大氣層。然而，當(dāng)他們分析觀測的資料時，他們發(fā)現(xiàn)在行星掩蔽的前后，這顆恒星都曾經(jīng)短暫的消失了五次。他們認(rèn)為，必須有個環(huán)系統(tǒng)圍繞著行星才能解釋。后來他們又偵測到四個額外的環(huán)。航海家2號在1986年飛掠過天王星時，直接拍下了這些環(huán)。航海家2號也發(fā)現(xiàn)了兩圈新的黯淡光環(huán)，使環(huán)的數(shù)量增加到11圈。
在2005年12月，哈伯太空望遠(yuǎn)鏡偵測到一對早先未曾發(fā)現(xiàn)的藍(lán)色圓環(huán)。最外圍的一圈與天王星的距離比早先知道的環(huán)遠(yuǎn)了兩倍，因此新發(fā)現(xiàn)的環(huán)被稱為環(huán)系統(tǒng)的外環(huán)，使天王星環(huán)的數(shù)量增加到13圈。哈伯同時也發(fā)現(xiàn)了兩顆新的小衛(wèi)星，其中的天衛(wèi)二十六還與最外面的環(huán)共享軌道。在2006年4月，凱克天文臺公布的新環(huán)影像中，外環(huán)的一圈是藍(lán)色的，另一圈則是紅色的。
關(guān)于外環(huán)顏色是藍(lán)色的一個假說是，它由來自天衛(wèi)二十六的細(xì)小冰微粒組成，因此能散射足夠多的藍(lán)光。天王星的內(nèi)環(huán)看起來是呈灰色的。
磁場
在航海家2號抵達(dá)之前，天王星的磁層從未被測量過，因此很自然的還保持著神秘。在1986年之前，因為天王星的自轉(zhuǎn)軸就躺在黃道上，天文學(xué)家盼望能根據(jù)太陽風(fēng)測量到天王星的磁場。
航海家的觀測顯示天王星的磁場是奇特的，一則是他不在行星的幾何中心，再者他的磁場軸相對于自轉(zhuǎn)軸傾斜59°。事實上，磁極從行星的中心偏離往南極達(dá)到行星半徑的三分之一。這異常的幾何關(guān)系導(dǎo)致一個非常不對稱的磁層，在南半球的表面，磁場的強度低于0.1高斯，而在北半球的強度高達(dá)1.1高斯；[85]在表面的平均強度是0.23高斯。相較之下，地球兩極的磁場強度大約是相等的，并且'磁赤道'大致上也與物理上的赤道平行，天王星的偶極矩是地球的50倍。海王星也有一個相似的偏移和傾斜的磁場，因此有人認(rèn)為這是冰巨星的共同特點。一種假說認(rèn)為，不同于類地行星和氣體巨星的磁場是由核心內(nèi)部引發(fā)的，冰巨星的磁場是由相對于表面下某一深度的運動引起的，例如水–氨的海洋。
盡管有這樣奇特的準(zhǔn)線，天王星的磁層在其他方面與一般的行星相似：在他的前方，位于23個天王星半徑之處有弓形震波，磁層頂在18個天王星半徑處，徹底發(fā)展完成的磁尾和輻射帶。綜上所論，天王星的磁層結(jié)構(gòu)不同于木星的，而比較像土星的。天王星的磁尾在天王星的后方延伸至太空中遠(yuǎn)達(dá)數(shù)百萬公里，并且因為行星的自轉(zhuǎn)被扭曲而斜向一側(cè)，像是拔瓶塞的長螺旋桿。
天王星的磁層包含帶電粒子：質(zhì)子和電子，還有少量的H2+離子，未曾偵測到重離子。許多的這些微?？赡軄碜源髿鈱訜岬臅瀮?nèi)。離子和電子的能量分別可以高達(dá)4和1.2百萬電子伏特。在磁層內(nèi)側(cè)的低能量（低于100電子伏特）離子的密度大約是2公分?3。微粒的分布受到天王星衛(wèi)星強烈的影響，在衛(wèi)星經(jīng)過之后，磁層內(nèi)會留下值得注意的空隙。[88]微粒流量的強度在100,000年的天文學(xué)時間尺度下，足以造成衛(wèi)星表面變暗或是太空風(fēng)暴。這或許就是造成衛(wèi)星表面和環(huán)均勻一致暗淡的原因。在天王星的兩個磁極附近，有相對算是高度發(fā)達(dá)的極光，在磁極的附近形成明亮的弧。但是，不同于木星的是，天王星的極光對增溫層的能量平衡似乎是無足輕重的。
氣候
在紫外線與可見光波段下與其他的氣體巨星，甚至是與相似的海王星比較，天王星的大氣層是非常平靜的。當(dāng)航海家2號在1986年飛掠過天王星時，總共觀察到了10個橫跨過整個行星的云帶特征。有人提出解釋認(rèn)為這種特征是天王星的內(nèi)熱低于其他巨大行星的結(jié)果。記錄到天王星對流層頂?shù)淖畹蜏囟仁?9 K（-224℃），比海王星還要冷，使天王星成為太陽系溫度最低的行星（原來最低的冥王星已不再是行星）。
近乎天然顏色（左）和在長波下（右）的天王星南半球，顯示出航海家2號在大氣層中看見的微弱云帶和羽冠。
在1986年，航海家2號發(fā)現(xiàn)可見的天王星南半球可以被細(xì)分成兩個區(qū)域：明亮的極區(qū)和暗淡的赤道帶狀區(qū)。這兩區(qū)的分界大約在緯度?45°的附近。一條跨越在?45°至?50°之間的狹窄帶狀物是在行星表面上能夠看見的最亮的大特征，被稱為南半球的'衣領(lǐng)'。極冠和衣領(lǐng)被認(rèn)為是甲烷云密集的區(qū)域，位置在大氣壓力1.3至2 巴的高度。很不幸的是，航海家2號抵達(dá)時正值南半球盛夏，且觀察不到北半球的部分。不過，從21世紀(jì)開始之際，北半球極區(qū)進(jìn)入視野，哈伯太空望遠(yuǎn)鏡和凱克望遠(yuǎn)鏡觀測北半球皆找不到'衣領(lǐng)'和極帽。故天王星看起來是不對稱的：靠近南極是明亮的，從南半球的'衣領(lǐng)'以北都是一樣的黑暗。除了大規(guī)模的帶狀結(jié)構(gòu)，航海家2號觀察到了10朵小塊的亮云，多數(shù)都躺在'衣領(lǐng)'的北方數(shù)度。在1986年看到的天王星，在其他的區(qū)域都像是毫無生氣的死寂行星。
然而，在1990年代的觀測，拜高分辨率影像技術(shù)之賜，亮云彩特征的數(shù)量有著明顯的增長。他們多數(shù)都出現(xiàn)在北半球開始成為可以看見的區(qū)域。早期的解釋—認(rèn)為是明亮的云彩在行星黑暗的部分比較容易被分辨出來，而在南半球則被明亮的'衣領(lǐng)'掩蓋掉—被證明是錯誤的，實際上特征數(shù)量已確實顯著增加。不過，兩個半球的云彩是有區(qū)別的，北半球的云彩較小、較尖銳和較明亮。他們看上去都躺在較高的高度。云彩的生命期有著極大的差異，一些小的只有幾小時，而南半球至少有一個從航海家飛掠過后仍一直存在著。最近的觀察也發(fā)現(xiàn)，雖然天王星的氣候較為平靜，但天王星的云彩有許多特性與海王星相同。例如，在海王星上很普通的大暗斑，在2006年之前從未在天王星上觀測到，而在2006年暗斑特征首次被拍到。據(jù)推測天王星在春秋分時節(jié)變得較像海王星。
追蹤這些有特征的云彩，可以測量出天王星對流層上方的風(fēng)是如何在極區(qū)咆哮。在赤道的風(fēng)是退行的，意味著他們吹的方向與自轉(zhuǎn)的方向相反，他們的速度從?100至?50 米/秒。風(fēng)速隨著遠(yuǎn)離赤道的距離而增加，大約在緯度±20°靜止不動，這兒也是對流層溫度最低之處。再往極區(qū)移動，風(fēng)向也轉(zhuǎn)成與行星自轉(zhuǎn)的方向一致，風(fēng)速則持續(xù)增加，在緯度±60°處達(dá)到最大值，然后下降至極區(qū)減弱為0。在緯度?40°附近，風(fēng)速從150到200 米/秒，因為'衣領(lǐng)'蓋過了所有平行的云彩，無法測量從哪兒到南極之間的風(fēng)速。與北半球?qū)φ?，風(fēng)速在緯度+50°達(dá)到最大值，速度高達(dá)240 米/秒。
在天王星觀測到的第一個大暗斑。影像是哈伯太空望遠(yuǎn)鏡的先進(jìn)巡天照相機(jī)在2006年拍攝的。
在2004年3月到5月這一短暫期間，很多片大塊云彩出現(xiàn)在海王星大氣層里，這讓天王星有著類似海王星般的外觀。觀察到229米/秒（824公里/時）的破表風(fēng)速，和被稱為'7月4日煙火'的雷雨風(fēng)暴。2006年8月23日，科羅拉多州博爾德市太空科學(xué)學(xué)院和威斯康辛大學(xué)的研究員觀察到天王星表面有一個大黑斑，讓天文學(xué)家對天王星大氣層的活動有更多的了解。[96]雖然為何這突如其來活動暴漲的發(fā)生原因仍未被研究員所明了，但是它呈現(xiàn)了天王星極度傾斜的自轉(zhuǎn)軸所帶來的季節(jié)性的氣候變化。要確認(rèn)這種季節(jié)變化的本質(zhì)是很困難的，因為對天王星大氣層堪用的觀察數(shù)據(jù)仍少于84年，也就是一個完整的天王星年。雖然已經(jīng)有了一定數(shù)量的發(fā)現(xiàn)，光度學(xué)的觀測已經(jīng)累積了半個天王星年（從1950年代起算），在兩個光譜帶上的光度變化已經(jīng)呈現(xiàn)了規(guī)律性的變化，最大值出現(xiàn)在至點，最小值出現(xiàn)在晝夜平分點。從1960年開始的微波觀測，深入對流層的內(nèi)部，也得到相似的周期變化，最大值也在至點。從1970年代開始對平流層進(jìn)行的溫度測量也顯示最大值出現(xiàn)在1986年的至日附近。多數(shù)的變化相信與可觀察到的幾何變化相關(guān)。
然而，有某些理由相信天王星物理性的季節(jié)變化也在發(fā)生。當(dāng)南極區(qū)域變得明亮?xí)r，北極相對的呈現(xiàn)黑暗，這與上述概要性的季節(jié)變化模型是不符合的。在1944年抵達(dá)北半球的至點之前，天王星亮度急遽提升，顯示北極不是永遠(yuǎn)黑暗的。這個現(xiàn)象意味著可以看見的極區(qū)在至日之前開始變亮，并且在晝夜平分點之后開始變暗。詳細(xì)的分析可見光和微波的資料，顯示亮度的變化周期在至點的附近不是完全的對稱，這也顯示出在子午圈上反照率變化的模式。最后，在1990年代，在天王星離開至點的時期，哈伯太空望遠(yuǎn)鏡和地基的望遠(yuǎn)鏡顯示南極冠出現(xiàn)可以察覺的變暗（南半球的'衣領(lǐng)'除外，它依然明亮），同時，北半球的活動也證實是增強了，例如云彩的形成和更強的風(fēng)，支持期望的亮度增加應(yīng)該很快就會開始。
目前對天王星物理變化的機(jī)制還不是很清楚，在接近夏天和冬天的至點，天王星的一個半球沐浴在陽光之下，另一個半球則對向幽暗的深空。受光半球的明亮曾被認(rèn)為是對流層里來自甲烷云與陰霾層局部增厚的結(jié)果。在緯度?45°的明亮'衣領(lǐng)'也與甲烷云有所關(guān)聯(lián)。在南半球極區(qū)的其他變化，也可以用低層云的變化來解釋。來自天王星微波發(fā)射譜線上的變化，或許是在對流層深處的循環(huán)變化造成的，因為厚實的極區(qū)云彩和陰霾可能會阻礙對流?，F(xiàn)在，天王星春天和秋天的晝夜平分點即將來臨，動力學(xué)上的改變和對流可能會再發(fā)生。
有些論點認(rèn)為氣體巨星和冰巨星在形成的時候就有差異存在，太陽系的誕生應(yīng)該開始于一個氣體和塵土構(gòu)成的巨大轉(zhuǎn)動的球體，也就是前太陽星云。當(dāng)它凝聚時逐漸形成盤狀，在中心的崩塌形成了太陽。多數(shù)的星云氣體，主要是氫和氦，形成了太陽；同時，顆粒的塵土集合形成了第一顆原行星。隨著行星的成長，有些行星累積到足夠的質(zhì)量，能夠凝聚星云中殘余的氣體。聚集越多的氣體，使他們變得越大；他們變得越大，就越能聚集氣體，直到達(dá)到一個關(guān)鍵的點，使他們開始以指數(shù)的增長。冰巨星所有的星云氣體只有幾個地球的質(zhì)量大小，未能達(dá)到這個臨界點。目前的太陽系形成理論在計算遠(yuǎn)離木星土星的天王星和海王星上遭遇了困難。他們塊頭過大，以至于無法在那個距離上取得足夠的材料來形成。相反的，某些科學(xué)家認(rèn)為這兩顆行星是在離太陽較近的位置形成之后，才被木星驅(qū)趕到外面的。然而，近來越來越多將行星漂移計算在內(nèi)的摹擬，似乎已能在他們現(xiàn)存的位置上形成天王星和海王星。
軌道和自轉(zhuǎn)
天王星每84個地球年環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)一周，與太陽的平均距離大約30億公里，行星上陽光的強度只有地球的1/400。它的軌道參數(shù)在1783年首度被拉普拉斯計算出來，但隨著時間，預(yù)測和觀測的位置開始出現(xiàn)誤差。在1841年約翰·柯西·亞當(dāng)斯首先提出誤差也許可以歸結(jié)于一顆尚未被看見的行星的引力作用的結(jié)果。在1845年，勒維耶開始獨立地進(jìn)行天王星軌道的研究；1846年9月23日，迦雷在勒維耶預(yù)測位置的附近發(fā)現(xiàn)了一顆新行星，稍后被命名為海王星。
天王星內(nèi)部的自轉(zhuǎn)周期是17小時又14分，但和所有巨行星一樣，其上部的大氣層朝自轉(zhuǎn)的方向可以產(chǎn)生非常強的風(fēng)。實際上，在有些緯度，像是從赤道到南極的2/3路徑上，可以看見移動得非常迅速的大氣，靠近南極地區(qū)的風(fēng)速高達(dá)720公里/小時，只要14個小時就能完整的環(huán)繞行星一周。
轉(zhuǎn)軸傾斜
八大行星自轉(zhuǎn)軸傾斜角度對比圖
天王星的自轉(zhuǎn)軸可以說是躺在軌道平面上的，傾斜的角度高達(dá)97.77275°，這使它的季節(jié)變化完全不同于其他的行星。其它行星的自轉(zhuǎn)軸相對于太陽系的軌道平面都是朝上的，天王星的轉(zhuǎn)動則像傾倒?jié)L動的球。當(dāng)天王星在至點附近時，一個極點會持續(xù)的指向太陽，另一個極點則背向太陽。只有在赤道附近狹窄的區(qū)域內(nèi)可以體會到迅速的日夜交替，但太陽的位置非常的低，有如在地球的極區(qū)。運行到軌道的另一側(cè)時，換成軸的另一極指向太陽；每一個極都會有被太陽持續(xù)的照射42年的極晝，而在另外42年則處于極夜。在接近分點時，太陽正對著天王星的赤道，天王星的日夜交替會和其他的行星相似。在2007年12月7日，天王星經(jīng)過了晝夜平分點。
天王星上的節(jié)氣：
北半球 年 南半球
冬至 1902, 1986 夏至
春分 1923, 2007 秋分
夏至 1944, 2028 冬至
秋分 1965, 2049 春分
這種軸的指向帶來的一個結(jié)果是，在一年之中，天王星的極區(qū)得到來自于太陽的能量多于赤道，不過，天王星的赤道依然比極區(qū)熱。導(dǎo)致這種結(jié)果的機(jī)制仍然未知；天王星異常的轉(zhuǎn)軸傾斜原因也不知道，但是通常的猜想是在太陽系形成的時候，一顆地球大小的原行星撞擊到天王星，造成的指向的歪斜。在1986年，航海家2號飛掠時，天王星的南極幾乎正對著太陽。標(biāo)記這個極是南極是基于國際天文聯(lián)合會的定義：行星或衛(wèi)星的北極，是指向太陽系不變平面的上方（不是由自轉(zhuǎn)的方向來決定）。但是，仍然有不同的協(xié)定被使用著：一個天體依據(jù)右手定則所定義的自轉(zhuǎn)方向來決定北極和南極。根據(jù)后者的座標(biāo)系，1986年在陽光下的極則是北極。
天王星的衛(wèi)星
它們自然分成兩組：由旅行者2號發(fā)現(xiàn)的靠近天王星的很暗的10顆小衛(wèi)星和5顆在外層的大衛(wèi)星。
它們都有一個圓形軌道圍繞著天王星的赤道（因此相對于赤道面有一個較大的角度）。
目前已知天王星有27顆天然的衛(wèi)星，目前有15顆已命名的衛(wèi)星。與太陽系中的其他天體不同，這些衛(wèi)星的名稱都出自莎士比亞和羅馬教皇蒲伯的歌劇作品中人物的名字。五顆主要衛(wèi)星的名稱是米蘭達(dá)、艾瑞爾、烏姆柏里厄爾、泰坦尼亞和歐貝隆。第一顆和第二顆(泰坦尼亞和歐貝隆)是威廉·赫歇耳在1787年3月13日發(fā)現(xiàn)的，另外兩顆艾瑞爾和烏姆柏里厄爾是在1851年被威廉·拉索爾發(fā)現(xiàn)的。在1852年，威廉·赫歇耳的兒子約翰·赫歇耳才為這四顆衛(wèi)星命名。到了1948年杰勒德 P. 庫普爾發(fā)現(xiàn)第五顆衛(wèi)星米蘭達(dá)。
天王星衛(wèi)星系統(tǒng)的質(zhì)量是氣體巨星中最少的，的確，五顆主要衛(wèi)星的總質(zhì)量還不到崔頓的一半。最大的衛(wèi)星，泰坦尼亞，半徑788.9 公里，還不到月球的一半，但是比土星第二大的衛(wèi)星Rhea稍大些。這些衛(wèi)星的反照率相對也較低，烏姆柏里厄爾約為0.2，艾瑞爾約為0.35（在綠光）。這些衛(wèi)星由冰和巖石組成，大約是50%的冰和50%的巖石，冰也許包含氨和二氧化碳。
在這些衛(wèi)星中，艾瑞爾有著最年輕的表面，上面只有少許的隕石坑；烏姆柏里厄爾看起來是最老的。米蘭達(dá)擁有深達(dá)20 公里的斷層峽谷，梯田狀的層次和混亂的變化，形成令人混淆的表面年齡和特征。有種假說認(rèn)為米蘭達(dá)在過去可能遭遇過巨型的撞擊而被完全的分解，然后又偶然的重組起來。
1986年1月，旅行者2號太空船飛越過天王星，在稍后研究照片時，發(fā)現(xiàn)了Perdita和10顆小衛(wèi)星。后來使用地面的望遠(yuǎn)鏡也證實了這些衛(wèi)星的存在。
衛(wèi)星 距離（千米） 半徑（千米） 質(zhì)量（千克） 發(fā)現(xiàn)者 發(fā)現(xiàn)日期
天衛(wèi)六 50000 13 旅行者2號 1986
天衛(wèi)七 54000 16 旅行者2號 1986
天衛(wèi)八 59000 22 旅行者2號 1986
天衛(wèi)九 62000 33 旅行者2號 1986
天衛(wèi)十 63000 29 旅行者2號 1986
天衛(wèi)十一 64000 42 旅行者2號 1986
天衛(wèi)十二 66000 55 旅行者2號 1986
天衛(wèi)十三 70000 27 旅行者2號 1986
天衛(wèi)十四 75000 34 旅行者2號 1986
天衛(wèi)十八 75000 20 Karkoschka 1999
天衛(wèi)十五 86000 77 旅行者2號 1985
天衛(wèi)五 130000 236 6.30e19 Kuiper 1948
天衛(wèi)一 191000 579 1.27e21 Lassell 1851
天衛(wèi)二 266000 585 1.27e21 Lassell 1851
天衛(wèi)三 436000 789 3.49e21 赫歇耳 1787
天衛(wèi)四 583000 761 3.03e21 赫歇耳 1787
天衛(wèi)十六 7200000 30 Gladman 1997
天衛(wèi)十七12200000 60 Gladman 1997
天王星主要衛(wèi)星的比較
天衛(wèi)一(Ariel)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)二(Umbriel英語發(fā)單"UM bree el")是天王星第三大衛(wèi)星，已知衛(wèi)星中距天王星第十三近它由 William Lassell于1851年發(fā)現(xiàn). 天衛(wèi)二和天衛(wèi)四很相似，但后者要比它大35%。天王星的大衛(wèi)星都是由占40～50%的冰和巖石混合而成，它所含的巖石比土衛(wèi)五之類所含的要多一些。天衛(wèi)二的劇烈起伏的火山口地形可能從它形成以來就一直穩(wěn)定存在。天衛(wèi)二非常暗，它反射的光大約是天王星最亮的衛(wèi)星－－天衛(wèi)一的一半. 它的表面布滿隕石坑。盡管沒有地質(zhì)活動的跡象，卻有著離奇的特征。它有一個明亮的隕石坑，寬約112公里，綽號"螢光杯"?？颖砻嫔钌糠挚赡苁怯袡C(jī)物質(zhì)，淺色部分則無人知道是什么。
天衛(wèi)三(Titania)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。天衛(wèi)三跟天衛(wèi)四差不多大小，也復(fù)滿了火山灰。這表明曾發(fā)生過火山活動。那兒有長達(dá)數(shù)千公里的風(fēng)力強勁的大峽谷，可能是由于內(nèi)部的水凍結(jié)、膨脹，撐裂了薄弱的外殼而形成的。天衛(wèi)三直徑約為1000公里，是天王星最大的衛(wèi)星。它的表面也被一種黑色物質(zhì)重新覆蓋過，可能是甲烷或水冰。
天衛(wèi)四(Oberon)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。最外層的天衛(wèi)四布滿了隕石坑。隕石坑底有許多暗區(qū)，可能已經(jīng)填滿冰巖。
天衛(wèi)五(Miranda)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)六(S/1986 U 7, Cordelia)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)七(S/1986 U 8, Ophelia)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)八(S/1986 U 9, Bianca)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星
天衛(wèi)九(S/1986 U 3, Cressida)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十（S/1986 U 6，Desdemona）是天王星的一顆小的天然衛(wèi)星。
天衛(wèi)十一(S/1986 U 2, Juliet)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十二(S/1986 U 1, Portia)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十三(S/1986 U 4, Rosalind)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十四(S/1986 U 5, Belinda)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十五(S/1985 U 1, Puck)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十六(S/1997 U 1, Caliban)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十七(S/1997 U 2, Sycorax)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十八(S/1999 U 3, Prospero)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)十九(S/1999 U 1, Setebos)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)二十(S/1999 U 2, Stephano)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)二十一(S/2001 U 1, Trinculo)是環(huán)繞天王星運行的一顆衛(wèi)星。
天衛(wèi)一 Ariel
天衛(wèi)一 Ariel
天衛(wèi)一距天王星中心190900公里，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)周期均為2.52天。它的半徑為578.9公里。平均密度1.665克/立方厘米。主要成分為50%水冰，30%巖石，20%碳、氮化合物。旅行者2號拍攝的照片表明，天衛(wèi)一表面交叉遍布懸崖和類似峽谷的地貌。其中一些地方還部分地填布著可能是地質(zhì)構(gòu)造過程所生產(chǎn)的物質(zhì)。證明表面曾有地質(zhì)活動。還有幾處，從深谷中散布冰態(tài)物質(zhì)，像地球上的冰川水流那樣穿過寬闊的平原。
天衛(wèi)二 Umbriel
天衛(wèi)二 Umbriel
天衛(wèi)二是五個大衛(wèi)星中最大的一個，距天王星266000公里。半徑為584.7公里。平均密度1.400克/立方厘米。自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)周期均為4.144天。表面布滿隕石坑，環(huán)形坑的直徑大多為100至200公里。成分主要是水冰，混有凍甲烷的巖石。它是五大衛(wèi)星中最暗的一個，可能是其軌道附近的暗物質(zhì)所致。北極附近的亮紋是其主要特征。
天衛(wèi)三 Titania
天衛(wèi)三 Titania
天衛(wèi)三距離天王星436300公里，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)周期均為8.705天。是五個大衛(wèi)星中第二大的。半徑為788.9公里。平均密度1.715克/立方厘米。主要成分是水冰，并有少量凍甲烷和巖石。它的表面上有許多明亮的隕擊坑、長的溝壑，還有一條長達(dá)1600公里左右的深斷層。根據(jù)這些結(jié)構(gòu)以及其他一些與之有關(guān)的特征，令人確信曾有構(gòu)造過程發(fā)生。
天衛(wèi)四 Oberon
天衛(wèi)四是五個大衛(wèi)星中最靠外圍的一個。它距天五星的平均距離是583500公里，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)周期均為13.46天。半徑761.4公里。平均密度1.63克/立方厘米。成分中有水冰及小量的凍結(jié)甲烷的巖石。照片顯示天衛(wèi)四表面遍布隕石坑。在眾多的亮隕擊坑中，有少數(shù)幾個被某種暗黑的溶巖物質(zhì)淹沒。
天衛(wèi)五 Miranda
天衛(wèi)五是五個大衛(wèi)星中最靠近天王星也是最小的一顆。它的軌道是橢圓形的，與天王星的平均距離約為129900公里，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)周期均為1.413天。半徑為235.8公里。平均密度1.201克/立方厘米。大部分由冰組成，其中或許含有冰凍甲烷和石態(tài)物質(zhì)的混合物。旅行者2號拍攝的照片表明，天衛(wèi)五表面上為蜿蜒峽谷，并排溝槽、破缺山崖以及環(huán)形高地等地貌說明，在過去歷史上曾有過大規(guī)模的板塊活動。也有科學(xué)家認(rèn)為天衛(wèi)五的半徑雖然只有235公里，但它的表面卻如此復(fù)雜多變，有可能星體曾被擊碎，然后再組合。而一個有20公里深的古老溝谷和其它較年輕的地表連接在一起就是證據(jù)。
未知點
為什么天王星不像其他氣態(tài)行星那樣輻射的能量比從太陽處得到的要多？它的內(nèi)部是冷的嗎？
為什么它的轉(zhuǎn)軸如此不同尋常地傾斜？是否是由于猛烈的碰撞而引起的？
大行星的傾角示意圖
為什么天王星和海王星上的氫與氦比木星和土星上的少得多？是否只是因為它們較小？或者是因為離太陽較遠(yuǎn)？
躺在軌道上運行——天王星
天王星是一顆遠(yuǎn)日行星，按照距離太陽由近及遠(yuǎn)的次序是第七顆。在西方，天王星被稱為“烏剌諾斯”，他是第一位統(tǒng)治整個宇宙的天神。他與地母該亞結(jié)合，生下了后來的天神，是他費盡心機(jī)將混沌的宇宙規(guī)劃得和諧有序。在中文中，人們就將這個星名譯做“天王星”。
天王星是一個藍(lán)綠色的圓球，它的表面具有發(fā)白的藍(lán)綠色光彩和與赤道不平行的條紋，這大概是由于自轉(zhuǎn)速度很快而導(dǎo)致的大氣流動。 天王星的赤道半徑約為25900公里，體積是地球的65倍。質(zhì)量約為地球的14.63倍。 天王星的密度較小，平均密度每立方厘米1.24克。天王星大氣的主要成分是氫、氦和甲烷。
天王星的公轉(zhuǎn)軌道是一個橢圓，軌道半徑長為29億公里，它以平均每秒6.81公里的速度繞太陽公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)一周要84年，自轉(zhuǎn)周期則短得多，僅為15.5小時。在太陽系中，所有的行星基本上都遵循自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道面接近垂直的運動，只有天王星例外，它的自轉(zhuǎn)軸幾乎與公轉(zhuǎn)軌道面平行，赤道面與公轉(zhuǎn)軌道面的交角達(dá)97度55分，也就是說它差不多是“躺”著繞太陽運動的。于是有些人把天王星稱做“一個顛倒的行星世界”。
天王星上的晝夜交替和四季變化也十分奇特和復(fù)雜，太陽輪流照射著北極、赤道、南極、赤道。因此，天王星上大部分地區(qū)的每一晝和每一夜，都要持續(xù)42年才能變換一次。太陽照到哪一極，哪一極就是夏季，太陽總不下落，沒有黑夜；而背對著太陽的那一極，正處在漫長黑夜所籠罩的寒冷冬季之中。 只有在天王星赤道附近的南北緯8度之間，才有因為自轉(zhuǎn)周期而引起的晝夜變化。
天王星和土星一樣，也有美麗的光環(huán)，而且也是一個復(fù)雜的環(huán)系。它的光環(huán)由20條細(xì)環(huán)組成，每條環(huán)顏色各異，色彩斑斕，美麗異常。二十世紀(jì)70年代的這一發(fā)現(xiàn)，打破了土星是太陽系唯一具有光環(huán)的行星這一傳統(tǒng)認(rèn)識。天王星有15顆衛(wèi)星，幾乎都在接近天王星的赤道面上，繞天王星轉(zhuǎn)動。
天王星探測
目前只有一個探測器探過天王星.人類派遣的使者——“旅行者2號”探測器，在結(jié)束了對木星與土星的探測之后，于1986年1月24日飛到天王星去考察，它搜集到的資料比過去的200多年之和還要多，它揭開了天王星的很多奧秘的面紗
探測器對天王最具有價值的發(fā)現(xiàn)，要算它的光環(huán)與衛(wèi)星了。在1977年當(dāng)天文學(xué)家在觀測天王星遮掩一顆恒星的掩星現(xiàn)象的時候，竟意外地發(fā)現(xiàn)了天王星，但當(dāng)時只知道天王星有9個環(huán)。“旅行者2號”的探測結(jié)果顯示，天王星大約有20多個環(huán)。但是這些環(huán)與土星環(huán)相比是又窄又暗的，寬度大概只有幾公里。但是在較寬的天王星環(huán)縫中，還加藏著一些小環(huán).之外還發(fā)現(xiàn)了不少的衛(wèi)星.
顛倒的行星世界
天王星是在土星外面繞太陽公轉(zhuǎn)的，84.01個地球年公轉(zhuǎn)1周。天王星自轉(zhuǎn)方式非常奇特，就像一個耍賴的小孩，躺在地上打滾似的。天王星橫躺在軌道上一邊打著滾，一邊繞太陽轉(zhuǎn)圈。天王星如此運動的結(jié)果是天王星上的春秋兩季，有著快速的晝和夜的交替，約每隔16.8小時太陽就升起一次。而冬夏兩季和春秋兩季則截然不同，當(dāng)天王星的南半球?qū)χ枙r，南半球處于夏季，這時期的太陽總是在南半球上空轉(zhuǎn)圈子，永不下落。整個夏季南半球始終是白晝。這時背向太陽的北半球則處于冬季，整個冬季要度過長達(dá)21個地球年的漫長黑夜，難怪有人把天王星稱作為“一個顛倒的行星世界”。
1986年旅行者2號探測器造訪了這顆行星，發(fā)現(xiàn)了10顆新衛(wèi)星，使它的衛(wèi)星數(shù)目增加了2倍，共計15顆，新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星都很靠近天王星，但都比較小，直徑多在20～100千米之間。最大的一顆直徑為160千米，此衛(wèi)星被稱為1985UI。只有這顆衛(wèi)星是旅行者2號在飛往天王星的旅途中發(fā)現(xiàn)的。
天王星的面目才稍稍揭開，還會不斷有新的疑謎產(chǎn)生。要想更深地了解謎一樣的天王星，還要靠天文學(xué)家們的長期不懈的努力。
意外的發(fā)現(xiàn)
土星有美麗而奇特的光環(huán)早已是眾所周知的事了，光環(huán)似乎成了土星的“專利”。直到本世紀(jì)70年代才打破了這種壟斷現(xiàn)象。
1977年3月10日，在一次天王星掩恒星的天象觀測中，天王星在天空緩慢移動，從天秤座中一顆編號為SAO158687號的暗恒星后面經(jīng)過，出現(xiàn)了罕見的掩星天象。中國、美國、澳大利亞、印度和南非的天文臺都抓住這難得遇到的機(jī)會進(jìn)行觀測。掩星前出現(xiàn)5次和掩星后出現(xiàn)5次忽暗忽亮現(xiàn)象。經(jīng)過天文學(xué)家們的分析，確認(rèn)天王星也有光環(huán)，是9條細(xì)環(huán)，寬度約10萬千米。
1986年1月24日旅行者2號探測器以每小時72000千米的速度飛掠天王星時，又發(fā)現(xiàn)了天王星的11個環(huán)，糾正了9個環(huán)的認(rèn)識。天王星共有20個環(huán)，不同的環(huán)有不同的顏色，給這顆遙遠(yuǎn)的行星增添了新的光彩。
海王星也具有輻射帶，還有類似于在地球南北極出現(xiàn)的極光。隔 16小時3分至16小時5分發(fā)生一次，說明海王星也有磁場。海王星磁場與其自轉(zhuǎn)軸之間的傾角約為50°，其磁層中主要是由氫離子，氦離子和氨離子構(gòu)成。
1986年，NASA的旅行者2號拜訪了天王星。這次的拜訪是唯一的一次近距離的探測，并且目前也還沒有新的探測計劃。旅行者2號在1977年發(fā)射，在繼續(xù)前往海王星的旅程之前，于1986年1月24日最接近天王星，距離近達(dá)81,500公里。旅行者2號研究了天王星大氣層的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)了10顆新衛(wèi)星，還研究了天王星因為自轉(zhuǎn)軸傾斜97.77°所造成的獨特氣候，并觀察了天王星的環(huán)系統(tǒng)。他也研究了天王星的磁場：不規(guī)則的結(jié)構(gòu)、傾斜的磁軸、和如同拔塞螺絲般扭曲并斜向一側(cè)的磁尾。他對最大的五顆衛(wèi)星做了首度的詳細(xì)調(diào)查，并研究當(dāng)時已知的九圈光環(huán)，也新發(fā)現(xiàn)了兩道光環(huán)。
聯(lián)系客服
