天王星，圖源：wikipedia

當用地面望遠鏡觀察時，天王星看起來像一個很小的藍綠色圓盤。然而，天王星看起來小主要是因為它離地球太遠了。它的直徑約為51110公裡，為地球的四倍，這使它成為太陽系體積第三大的行星（質量第四）。

天王星是太陽系中4個氣态巨行星之一，這是一種幾乎由流動的物質組成的大質量行星，它們沒有固體表面。有的氣态巨行星及其缺少固體成分，甚至連核心都缺少固體。有的氣态巨行星則可能有一個固體内核，隐藏在厚厚的大氣層之下。除天王星外，其他的氣态巨行星是海王星，土星，和木星。天王星直徑略大于海王星，但比木星或土星的一半還要小。

天王星的發現：威廉·赫歇爾

威廉·赫歇爾，圖源：wikipedia

1781年，英國天文學家威廉·赫歇爾用自制的15厘米口徑反射望遠鏡觀測天空，他仔細地檢查每個星星，想要尋找不同尋常的東西。三月的一天晚上，他找到了一個與其他星星不同的發光小圓盤。起初他認為這是一個彗星，但其他的天文學家很快意識到，他發現的是一個新的行星。有些人建議以赫歇爾的名字來命名這個行星，但天文學家并不同意，而是以古希臘天神烏拉諾斯的名字來命名它（天王星英語為Uranus，這也是古希臘天神烏拉諾斯的名字）。

天王星的自轉和公轉

天王星是從太陽系中心向外數的第七顆行星，距離太陽約29億千米。它每84年繞太陽一圈，軌道是一個巨大的橢圓形。它到太陽的距離是土星的兩倍遠，是地球的19倍遠。

它每17個小時自轉一圈，它的自轉軸傾角很獨特，垂直于自轉軸的平面（赤道面）與它的公轉軌道面呈98度夾角。也就是說，它幾乎是躺着運行的。在公轉中，它的北極有一半的時間對着太陽，另一半時間則是南極對着太陽。

天王星的自轉和公轉，紅色直線表示自轉軸，與公轉平面接近（赤道面與公轉平面垂直），看起來像是躺着在軌道上滾動。 圖源：Pearson Prentice Hall, Inc

科學家認為天王星自轉軸傾角如此大可能是在形成的過程中（或剛形成之後）受到了一個大質量天體的影響。和其他行星一樣，天王星是由很多小的碎片碰撞形成的。天文學家認為，在它形成的晚期，一顆特别大的碎片可能撞擊了它，使它傾斜。

厚重的大氣層

天王星是一個被霧霾包圍的氣态巨行星，這層霧霾非常厚，隐藏了霧霾之下的樣貌細節，比如需要特殊探測器才能看到的雲的分層。

哈勃太空望遠鏡. 圖源：NASA

僅存的對于天王星結構的認知來源于旅行者2号探測器和哈勃太空望遠鏡。天王星大氣層頂端是一層輕薄的氣體，再向下，溫度和氣壓逐漸升高。由于環境越來越極端，大氣層逐漸過渡為一種超臨界流體。這是一種不尋常的流體，結合了氣體和液體的特征。在大氣層的更深處，它的密度變得非常大，但不會變成純粹的液體，而是保持介于氣體和液體之間的特征，直到内核。天王星的内核是岩石，約為0.55倍地球質量，體積與地球相當。

成分和外觀

天王星的流體物質絕大多數是氫和氦，以及少量的甲烷，也有水和氨。行星科學家認為氫和氦是以氣體形式存在，其他成分則是以冰的形式存在。這不是說天王星是一個大部分物質被冰凍的行星，“冰”指的是天王星上與氫和氦相比沸點較高也較重的物質，這些物質以稠密的流體形式存在。事實上，科學家有時也稱天王星為冰巨星而不是氣态巨行星。

天王星的結構，從内到外依次是内核（岩石），地幔（水，氨，和甲烷組成的“冰”），大氣層（氫，氦，甲烷氣體），以及外層大氣. © NASA

人眼看起來，天王星的外觀并沒有什麼特色。在霧霾層下面，風暴和雲帶才在不同緯度形成。這些特征從可見光上是看不出來的，隻有在紅外波段才能探測到。紅外探測器可以區分溫度較高的區域和溫度較低的區域，然後将這些區域用不同的假色彩标記出來供人研究。從這些圖像上，可以看到在天王星的其中一個極點上有雲蓋，同時也有不明顯的類似雷暴的雲形成。

天王星看上去是藍色的，因為大氣上層的甲烷吸收了紅色和橙色的光，留下藍色光在不同物質顆粒間散射。而這些物質與陽光和甲烷互相作用，形成一種光化學煙霧。

天王星大氣層厚約8000千米，表面平均溫度約為零下220攝氏度。在大氣層之下，是一片奇怪的海洋，由水，甲烷，和氨構成。科學家不确定這片海洋是否含有真正的液體或者固态冰，但他們認為天王星的中心是一個跟地球差不多大的岩石内核。

天王星的環

天王星環和衛星，白色實線和彩色表示13個環，分别為1986U2R/ζ、6、5、4、α、β、η、γ、δ、λ、ε、ν和μ。白色虛線表示衛星。圖片來源：NASA

天王星最小的環的半徑約為37000公裡，最大的環的半徑為97700公裡。與土星又寬又亮的環不同，天王星的環又窄又暗，由成千上萬小的冰和岩石碎片組成。對于這些碎片的黯淡，一個可能的解釋是，它們被碳氫化合物覆蓋了。天文學家認為這些碎片有可能來自于天王星的衛星，當它們被隕石撞擊時，細小的碎片就飛了出來，然後形成了天王星環。

天王星的衛星

天王星有5個較大的衛星，分别是天衛一（Ariel），天衛二（Umbriel），天衛三（Titania），天衛四（Oberon），和天衛五（Miranda）。天衛三的直徑約為1600千米，天衛四直徑1530千米，天衛一和天衛二差不多大，前者直徑1168千米，後者直徑1175千米。天衛五是它們之中最小的，直徑是470千米。

天王星及其最大的6個衛星，從左到右分别是天王星，天衛十五，天衛五，天衛一，天衛二，天衛三，天衛四。 圖源：Wikipedia

天王星還有很多較小的衛星，有些是由旅行者2号發現的，它們的直徑沒有超過162千米的，表面都較為黯淡。與天王星環一樣，它們可能都被黯淡的碳氫化合物覆蓋。其他衛星是用地面望遠鏡和哈勃太空望遠鏡發現的，截至2004年，共發現了27顆衛星，将來可能會發現更多。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. xeno- thetimenow

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