天王星

（英文：Uranus，天文符號(hào)：?，占星符號(hào)：?），為太陽(yáng)系八大行星之一，是太陽(yáng)系由內(nèi)向外的第七顆行星（18.37~20.08天文單位），其體積在太陽(yáng)系中排名第三（比海王星大），質(zhì)量排名第四（小于海王星），幾乎橫躺著圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。封面圖為旅行者2號(hào)飛掠天王星最近時(shí)拍攝的照片。

天王星是第一顆使用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的行星。威廉·赫歇爾在1781年3月13日于自宅庭院中發(fā)現(xiàn)了這顆行星。天王星和海王星的內(nèi)部和大氣構(gòu)成和更巨大的氣態(tài)巨行星（木星、土星）不同，天文學(xué)家設(shè)立了冰巨星分類來定義它們。天王星擁有27顆已知天然衛(wèi)星，其中有5顆規(guī)模較大，另外還有13條較為暗弱的行星環(huán)。

(資料圖片)

天王星大氣的主要成分是氫、氦、甲烷和氘。據(jù)推測(cè)，其內(nèi)部可能含有豐富的重元素。地幔由甲烷和氨的冰組成，可能含有水。內(nèi)核由冰和巖石組成。天王星是太陽(yáng)系內(nèi)大氣層最冷的行星，最低溫度為49K（-224℃）。

中文名

天王星

外文名

英語(yǔ)：Uranus希臘語(yǔ)：Ουραν??俄語(yǔ)：уран

別????名

赫歇爾的行星、喬治之星

分????類

行星、類木行星、遠(yuǎn)日行星、冰巨星

發(fā)現(xiàn)者

威廉·赫歇爾

發(fā)現(xiàn)時(shí)間

1781年3月13日

質(zhì)????量

8.681?1025?kg(±0.0013)

平均密度

1.27 g/cm3

直????徑

50724 km

表面溫度

-226 ℃(47K，0.1巴氣壓云頂)

逃逸速度

21.3 km/s

反照率

0.300(球面，0.488 幾何)

視星等

5.38 至 6.03 等

自轉(zhuǎn)周期

17時(shí)14分24秒

半長(zhǎng)軸

19.2184 天文單位

離心率

0.046381

公轉(zhuǎn)周期

84.0205 年

平近點(diǎn)角

142.238600 度

軌道傾角

0.772556 度

升交點(diǎn)經(jīng)度

74.006 度

衛(wèi)星數(shù)

27

大氣構(gòu)成

氫、氦、甲烷、氘

近日點(diǎn)

18.33 天文單位

遠(yuǎn)日點(diǎn)

20.11 天文單位

近日點(diǎn)幅角

74.006°

赤道半徑

25559±4 km

極半徑

24973±20 km

表面重力

0.886 g

赤道自轉(zhuǎn)速度

2.59 km/s

轉(zhuǎn)軸傾角

97.77°

在古代人們就熟知五顆行星（水星、金星、火星、木星、土星），與它們相比，天王星的亮度也是肉眼可見的。但天王星亮度較暗、繞行速度緩慢，并且由于那時(shí)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)能力不足，被古代的觀測(cè)者認(rèn)定為是一顆恒星。天王星在被發(fā)現(xiàn)是行星之前，已經(jīng)被觀測(cè)了很多次，但都把它當(dāng)作恒星看待。最早的紀(jì)錄可以追溯至1690年約翰·佛蘭斯蒂德（John Flamsteed），在星表中將其編為金牛座34（34 Tauri），并且至少觀測(cè)了6次。法國(guó)天文學(xué)家Pierre Charles Le Monnier在1750至1769年也至少觀測(cè)了12次，包括一次連續(xù)四夜的觀測(cè)。

公轉(zhuǎn)軌道

天王星近紅外光譜假色照片，哈勃NICMOS相機(jī)1998年拍攝

天王星每84個(gè)地球年環(huán)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周，與太陽(yáng)的平均距離大約30億公里，陽(yáng)光的強(qiáng)度只有地球的1/400。天王星的軌道參數(shù)在1783年首度被拉普拉斯計(jì)算出來，但隨著時(shí)間，預(yù)測(cè)和觀測(cè)的位置開始出現(xiàn)誤差。在1841年，英國(guó)天文學(xué)家約翰·柯西·亞當(dāng)斯（John Couch Adams）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擾動(dòng)。在1845年，法國(guó)天文教師勒維耶（Urbain Le Verrier）開始獨(dú)立的進(jìn)行天王星軌道的研究，在1846年9月23日，德國(guó)天文學(xué)家約翰·格弗里恩·伽勒（Johann Gottfried Galle）在勒維耶預(yù)測(cè)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(shí)又14分，但和所有巨行星一樣，天王星上部的大氣層朝自轉(zhuǎn)的方向可以體驗(yàn)到非常強(qiáng)的風(fēng)。實(shí)際上，在有些緯度，像是從赤道到南極的2/3緯度上，可以看見移動(dòng)得非常迅速的大氣，只要14個(gè)小時(shí)就能完整的環(huán)繞行星自轉(zhuǎn)一周。?[5]?

從1995至2006年，天王星的視星等在+5.6至+5.9等之間，勉強(qiáng)在肉眼可見的+6.0等之上，它的角直徑在3.4至3.7弧秒；比較土星是16至20弧秒，木星則是32至45弧秒。在沖的時(shí)候，天王星可以用肉眼在黑暗、無光污染的天空直接看見，即使在城市中也能輕易的使用雙筒望遠(yuǎn)鏡看見。使用物鏡的口徑在15至25厘米的大型業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡，天王星將呈現(xiàn)蒼白的深藍(lán)色盤狀與明顯的周邊昏暗；口徑25厘米或更大的，云的型態(tài)和一些大的衛(wèi)星，像是天衛(wèi)三和天衛(wèi)四，都有可能看見。?[6]?

自轉(zhuǎn)軸

模擬1986年到2030年從地球上看到的天王星

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)97.77°，這使得它的季節(jié)變化完全不同于其他的行星。其它行星的自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于太陽(yáng)系的軌道平面都是朝上的，天王星的轉(zhuǎn)動(dòng)則像球一樣側(cè)著滾動(dòng)。當(dāng)天王星在至日前后時(shí)，一個(gè)極點(diǎn)會(huì)持續(xù)的指向太陽(yáng)，另一個(gè)極點(diǎn)則背向太陽(yáng)。只有在赤道附近狹窄的區(qū)域內(nèi)可以體會(huì)到迅速的日夜交替，但太陽(yáng)的位置非常的低，有如在地球的極區(qū)；其余地區(qū)則是長(zhǎng)晝或長(zhǎng)夜，沒有日夜交替。運(yùn)行到軌道的另一側(cè)時(shí)，換成軸的另一極指向太陽(yáng)；每一個(gè)極都會(huì)有被太陽(yáng)持續(xù)的照射42年的極晝，而在另外42年則處于極夜。在接近晝夜平分點(diǎn)（分點(diǎn)）時(shí)，太陽(yáng)正對(duì)著天王星的赤道，天王星的日夜交替會(huì)和其他的行星相似，在2007年12月7日，天王星經(jīng)過分點(diǎn)。

天王星有一個(gè)暗淡的行星環(huán)系統(tǒng)，由直徑約十米的黑暗粒狀物組成。這是繼土星環(huán)之后，在太陽(yáng)系內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)環(huán)系統(tǒng)。天王星環(huán)包含13個(gè)已命名的小環(huán)，其中最明亮的是ε環(huán)（Epsilon），其他的環(huán)都非常黯淡。天王星的光環(huán)像木星的光環(huán)一樣暗，但又像土星的光環(huán)那樣有相當(dāng)大的直徑。天王星環(huán)被認(rèn)為是相當(dāng)年輕的，在圓環(huán)周圍的空隙和不透明部分的區(qū)別，暗示她們不是與天王星同時(shí)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。而最外面的第5個(gè)環(huán)的成分大部分是直徑為幾米到幾十米的冰塊。除此之外，天王星可能還存在著大量的窄環(huán)，寬度僅有50米，單環(huán)的環(huán)反射率非常低。

1977年天王星掩恒星光度變化曲線，顯示行星環(huán)

天王星環(huán)的發(fā)現(xiàn)日期是1977年3月10日，在James L. Elliot、Edward W. Dunham、和Douglas J. Mink使用柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)觀測(cè)時(shí)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)是很意外的，他們?cè)镜挠?jì)劃是觀測(cè)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(cè)的資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)行星遮掩的前后，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(gè)環(huán)系統(tǒng)圍繞著行星才能解釋。后來他們又偵測(cè)到四個(gè)額外的環(huán)。旅行者2號(hào)在1986年飛掠過天王星時(shí)，直接看見了這些環(huán)。旅行者2號(hào)也發(fā)現(xiàn)了兩圈新的光環(huán)，使環(huán)的數(shù)量增加到11圈（不包括2003年發(fā)現(xiàn)的）。

天王星環(huán)和衛(wèi)星示意圖

在2005年12月，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡偵測(cè)到一對(duì)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。哈柏同時(shí)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μ環(huán)共享軌道。在2006年4月，凱克天文臺(tái)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(gè)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。

天王星有27顆已知天然的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的名稱都出自威廉·莎士比亞和亞歷山大·波普的歌劇中的人物。五顆主要衛(wèi)星的名稱是天衛(wèi)五（Miranda）、天衛(wèi)一（Ariel）、天衛(wèi)二（Umbriel）、天衛(wèi)三（Tatania）和天衛(wèi)四（Oberon）。天衛(wèi)三和天衛(wèi)四是威廉·赫歇爾在1787年3月13日發(fā)現(xiàn)的第一顆和第二顆天王星衛(wèi)星，天衛(wèi)一和天衛(wèi)二是在1851年被威廉·拉塞爾發(fā)現(xiàn)的。但直到1852年，威廉·赫歇爾的兒子約翰·赫歇爾才為這四顆衛(wèi)星命名。1948年，杰拉德·柯伊伯發(fā)現(xiàn)第五顆衛(wèi)星天衛(wèi)五。天王星衛(wèi)星系統(tǒng)的質(zhì)量是氣態(tài)巨星中最少的，五顆主要衛(wèi)星的總質(zhì)量還不到海衛(wèi)一質(zhì)量的一半。最大的衛(wèi)星天衛(wèi)三半徑只有788.9公里，還不到月球的一半，但是比土星第二大的衛(wèi)星土衛(wèi)五（Rhea）稍大些。這些衛(wèi)星的反照率相對(duì)也較低，天衛(wèi)二約為0.2，天衛(wèi)一約為0.35（在綠色光譜上）。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。?[12]?

天王星主要衛(wèi)星的拼合照片

天王星與衛(wèi)星照片（甚大望遠(yuǎn)鏡自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)拍攝）