天王星

（英文：Uranus，天文符号：⛢，占星符号：♅），为太阳系八大行星之一，是太阳系由内向外的第七颗行星（18.37~20.08天文单位），其体积在太阳系中排名第三（比海王星大），质量排名第四（小于海王星），几乎横躺着围绕太阳公转。封面图为旅行者2号飞掠天王星最近时拍摄的照片。

天王星是第一颗使用望远镜发现的行星。威廉·赫歇尔在1781年3月13日于自宅庭院中发现了这颗行星。天王星和海王星的内部和大气构成和更巨大的气态巨行星（木星、土星）不同，天文学家设立了冰巨星分类来定义它们。天王星拥有27颗已知天然卫星，其中有5颗规模较大，另外还有13条较为暗弱的行星环。

(资料图片)

天王星大气的主要成分是氢、氦、甲烷和氘。据推测，其内部可能含有丰富的重元素。地幔由甲烷和氨的冰组成，可能含有水。内核由冰和岩石组成。天王星是太阳系内大气层最冷的行星，最低温度为49K（-224℃）。

中文名

天王星

外文名

英语：Uranus希腊语：Ουρανός俄语：уран

别    名

赫歇尔的行星、乔治之星

分    类

行星、类木行星、远日行星、冰巨星

发现者

威廉·赫歇尔

发现时间

1781年3月13日

质    量

8.681✕1025 kg(±0.0013)

平均密度

1.27 g/cm³

直    径

50724 km

表面温度

-226 ℃(47K，0.1巴气压云顶)

逃逸速度

21.3 km/s

反照率

0.300(球面，0.488 几何)

视星等

5.38 至 6.03 等

自转周期

17时14分24秒

半长轴

19.2184 天文单位

离心率

0.046381

公转周期

84.0205 年

平近点角

142.238600 度

轨道倾角

0.772556 度

升交点经度

74.006 度

卫星数

27

大气构成

氢、氦、甲烷、氘

近日点

18.33 天文单位

远日点

20.11 天文单位

近日点幅角

74.006°

赤道半径

25559±4 km

极半径

24973±20 km

表面重力

0.886 g

赤道自转速度

2.59 km/s

转轴倾角

97.77°

在古代人们就熟知五颗行星（水星、金星、火星、木星、土星），与它们相比，天王星的亮度也是肉眼可见的。但天王星亮度较暗、绕行速度缓慢，并且由于那时望远镜观测能力不足，被古代的观测者认定为是一颗恒星。天王星在被发现是行星之前，已经被观测了很多次，但都把它当作恒星看待。最早的纪录可以追溯至1690年约翰·佛兰斯蒂德（John Flamsteed），在星表中将其编为金牛座34（34 Tauri），并且至少观测了6次。法国天文学家Pierre Charles Le Monnier在1750至1769年也至少观测了12次，包括一次连续四夜的观测。

公转轨道

天王星近红外光谱假色照片，哈勃NICMOS相机1998年拍摄

天王星每84个地球年环绕太阳公转一周，与太阳的平均距离大约30亿公里，阳光的强度只有地球的1/400。天王星的轨道参数在1783年首度被拉普拉斯计算出来，但随着时间，预测和观测的位置开始出现误差。在1841年，英国天文学家约翰·柯西·亚当斯（John Couch Adams）首先提出误差也许可以归结于一颗尚未被看见的行星的扰动。在1845年，法国天文教师勒维耶（Urbain Le Verrier）开始独立的进行天王星轨道的研究，在1846年9月23日，德国天文学家约翰·格弗里恩·伽勒（Johann Gottfried Galle）在勒维耶预测位置的附近发现了一颗新行星，稍后被命名为海王星。天王星内部的自转周期是17小时又14分，但和所有巨行星一样，天王星上部的大气层朝自转的方向可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度，像是从赤道到南极的2/3纬度上，可以看见移动得非常迅速的大气，只要14个小时就能完整的环绕行星自转一周。 [5] 

从1995至2006年，天王星的视星等在+5.6至+5.9等之间，勉强在肉眼可见的+6.0等之上，它的角直径在3.4至3.7弧秒；比较土星是16至20弧秒，木星则是32至45弧秒。在冲的时候，天王星可以用肉眼在黑暗、无光污染的天空直接看见，即使在城市中也能轻易的使用双筒望远镜看见。使用物镜的口径在15至25厘米的大型业余天文望远镜，天王星将呈现苍白的深蓝色盘状与明显的周边昏暗；口径25厘米或更大的，云的型态和一些大的卫星，像是天卫三和天卫四，都有可能看见。 [6] 

自转轴

模拟1986年到2030年从地球上看到的天王星

天王星的自转轴可以说是躺在轨道平面上的，倾斜的角度高达97.77°，这使得它的季节变化完全不同于其他的行星。其它行星的自转轴相对于太阳系的轨道平面都是朝上的，天王星的转动则像球一样侧着滚动。当天王星在至日前后时，一个极点会持续的指向太阳，另一个极点则背向太阳。只有在赤道附近狭窄的区域内可以体会到迅速的日夜交替，但太阳的位置非常的低，有如在地球的极区；其余地区则是长昼或长夜，没有日夜交替。运行到轨道的另一侧时，换成轴的另一极指向太阳；每一个极都会有被太阳持续的照射42年的极昼，而在另外42年则处于极夜。在接近昼夜平分点（分点）时，太阳正对着天王星的赤道，天王星的日夜交替会和其他的行星相似，在2007年12月7日，天王星经过分点。

天王星有一个暗淡的行星环系统，由直径约十米的黑暗粒状物组成。这是继土星环之后，在太阳系内发现的第二个环系统。天王星环包含13个已命名的小环，其中最明亮的是ε环（Epsilon），其他的环都非常黯淡。天王星的光环像木星的光环一样暗，但又像土星的光环那样有相当大的直径。天王星环被认为是相当年轻的，在圆环周围的空隙和不透明部分的区别，暗示她们不是与天王星同时形成的，环中的物质可能来自被高速撞击或潮汐力粉碎的卫星。而最外面的第5个环的成分大部分是直径为几米到几十米的冰块。除此之外，天王星可能还存在着大量的窄环，宽度仅有50米，单环的环反射率非常低。

1977年天王星掩恒星光度变化曲线，显示行星环

天王星环的发现日期是1977年3月10日，在James L. Elliot、Edward W. Dunham、和Douglas J. Mink使用柯伊伯机载天文台观测时。这个发现是很意外的，他们原本的计划是观测天王星掩蔽SAO 158687以研究天王星的大气层。然而，当他们分析观测的资料时，发现行星遮掩的前后，这颗恒星都曾经短暂的消失了五次。他们认为，必须有个环系统围绕着行星才能解释。后来他们又侦测到四个额外的环。旅行者2号在1986年飞掠过天王星时，直接看见了这些环。旅行者2号也发现了两圈新的光环，使环的数量增加到11圈（不包括2003年发现的）。

天王星环和卫星示意图

在2005年12月，哈勃太空望远镜侦测到一对早先未曾发现的蓝色圆环。最外围的一圈与天王星的距离比早先知道的环远了两倍，因此新发现的环被称为环系统的外环，使天王星环的数量增加到13圈。哈柏同时也发现了两颗新的小卫星，其中的天卫二十六还与最外面的μ环共享轨道。在2006年4月，凯克天文台公布的新环影像中，外环的一圈是蓝色的，另一圈则是红色的。关于外环颜色是蓝色的一个假说是，它由来自天卫二十六的细小冰微粒组成，因此能散射足够多的蓝光。天王星的内环看起来是呈灰色的。

天王星有27颗已知天然的卫星，这些卫星的名称都出自威廉·莎士比亚和亚历山大·波普的歌剧中的人物。五颗主要卫星的名称是天卫五（Miranda）、天卫一（Ariel）、天卫二（Umbriel）、天卫三（Tatania）和天卫四（Oberon）。天卫三和天卫四是威廉·赫歇尔在1787年3月13日发现的第一颗和第二颗天王星卫星，天卫一和天卫二是在1851年被威廉·拉塞尔发现的。但直到1852年，威廉·赫歇尔的儿子约翰·赫歇尔才为这四颗卫星命名。1948年，杰拉德·柯伊伯发现第五颗卫星天卫五。天王星卫星系统的质量是气态巨星中最少的，五颗主要卫星的总质量还不到海卫一质量的一半。最大的卫星天卫三半径只有788.9公里，还不到月球的一半，但是比土星第二大的卫星土卫五（Rhea）稍大些。这些卫星的反照率相对也较低，天卫二约为0.2，天卫一约为0.35（在绿色光谱上）。这些卫星由冰和岩石组成，大约是50%的冰和50%的岩石，冰也许包含氨和二氧化碳。 [12] 

天王星主要卫星的拼合照片

天王星与卫星照片（甚大望远镜自适应光学系统拍摄）