天王星

天王星是太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序为第7颗，它在距太阳29×109千米处（轨道半长径）绕太阳旋转。天王星是一个体积很大的行星，它的赤道半径约25900千米，体积约为地球体积的历倍，在九大行星中仅次于木星和土星，排在第3位。天王星的质量为8742×1028克，相当于地球的1463倍。可是天王星的密度比较小，只有124克／厘米，在九大行星中位于第4位。海王星虽然比天王星小，但由于密度比天王星密度大，所以它的质量还排在天王星的前面。在天王星的表面上逃逸速度大到218千米／秒，对于气体来说，很难达到这样高的速度而逃离这个星球。因此在天王星上有厚厚的一层大气。由于存在着浓密的大气，所以在望远镜中，天王星呈现出蓝绿色的圆面。在天王星的两极看不到像火星极冠那样的白色冠冕，在天王星的圆面上也看不到像木星大红斑那样的结构，甚至连土星上那样暗淡的带状物也望不到。多次的光度测量，没有发现因旋转而引起的亮度变化。用放在高空气球上的口径为90厘米的望远镜拍得的高分辨率照片表明，天王星表面有着很强的、对称的临边昏暗现象，也就是说它的圆边缘比中心暗得多。除此之外其它形态特征，从望远镜中都看不到，这说明在天王星上到处都覆盖着厚厚的云层。

天王星上的大气含有大量的氢气，其次是甲烷气，到1978年底在天王星上只有这两种气体分子得到了确认。根据理论推断天王星上还存在着氨、水、氮、氖等气体分子，但是至今尚未找到。在天王星浓密的大气和厚厚的云层下，是我们观测不到的天王星地面。

据推测天王星应当有一个岩石和金属核心，核心外面包着一们艮厚的冰幔，冰幔是由水冰和氨冰组成的，从核心外一直延伸到2／3视半径的地方。冰幔的外面是分子氢层，再外面就是厚厚的大气。这样的推测还不能全面地解释从对天王星的观测中所得到的基本数据，比如它的半径、密度、扁率等等。因此科学家们还在努力研究，建立起使大家都更感到满意的天王星内部结构模型，以便更完满地解释那些观测到的情况。从天王星的直径、质量、密度、大气组成、内部结构方面看，它都与海王星、冥王星有相似之处。它们既不同于巨行星——木星和土星，也不同于类地行星，而构成另一群行星——远日行星。

天王星距离太阳大约是1928天文单位（约为288×109千米），就连太阳光也要走2时40分才能到达那里。所以太阳照到天王星上的光极为微弱，大约只及地球接受太阳辐射的3／1000，温度低到约零下200℃。从天王星上看到的太阳直径仅仅1′40″，只有我们见到的太阳直径的1／20。在那里看不到水星和金星，就连地球也淹没在阳光中。木星和土星都成了晨昏天幕上的小星，只有海王星可以在半夜升起到空中，但是它也很暗淡。

说起天王星来，它最独特的地方就是它的自转方式。由于天王星的自转轴和公转轨道的夹角只有80，所以它就像是躺在公转轨道上，一边前进一边滚动着。它每滚动1周约为24小时，而绕太阳公转1周则需要用84年的时间。由于这种奇特的自转方式，使天王星上的季节变化也极为特殊。那里的两极地区差不多可以被太阳直射着，太阳直射在哪一极上，哪一极就是夏季，而背对着太阳的一极便是冬季。在一个天王星年里每一极都经历一次夏季和冬季，这两个季节每隔42年交替轮回一次。在夏冬两季里，我们从望远镜里看到的天王星，它的中心部位便是两极中的一极。只有当天王星处于夏冬之间的二分期时，才能够观测到它的赤道区，也才能看到它那扁球形的形状。

天王星有5颗卫星，其中天卫3、天卫4是威廉·赫歇耳在发现天王星之后过了6年于1787年首先观测到的。天卫1天卫2比较暗，在1851年由拉塞尔发现，差不多迟了1个世纪。而天卫5更暗，它的亮度只有19等，距离天王星又最近，只有130000千米。所以很难观测到它，直到1984年才被美籍荷兰天文学家柯伊柏在一张照片上找到。天王星的5颗卫星都在接近圆形的轨道上绕天王星转动。轨道面和天王星赤道面的夹角都很小，因此它们都是规则卫星。5颗卫星的公转方向与天王星本身的自转方向相同，但是它们的轨道面与天王星的公转轨道面夹角超过了90°，达到98°，所以这5颗卫星都是逆行卫星。

这几年在对天王星的观测中取得的最大收获是发现了天王星的光环。几个世纪以来，人们一直以为太阳系的大行星中，只有土星有奇特而美丽的光环。在1977年3月10日的天王星掩恒星的观测中，发现天王星也有光环，就是太阳系研究中的一个重大的发现，它给这颗遥远的行星增添了新的光彩。

所谓掩星就是从地球上看去，像发生日蚀或月蚀那样，只不过是行星把远处的恒星遮掩住了。通过行星掩恒星的观测，能够给我们提供有关轨道参数、行星直径、大气结构等等资料。1977年3月10日天王星遮掩恒星SA0158687，这是一次十分难得的掩星观测机会，但不是地球上所有地方都能观测到掩星，我国恰好位于可见到掩星的狭长地区内。这一天夜里我国酌天文工作者和许多国家的天文工作者都投入到这一观测中，美国的天文工作者还乘坐着飞机，在13千米的高空观测了这一次罕见的现象。我国紫金山天文台和北京天文台、印度天文台、澳大利亚的帕斯天文台、南非天文台以及美国的飞行实验室在观测掩星的过程中，都发现在天王星的周围有光环。

飞行实验室、南非天文台发现天王星有5个光环其中主环E较宽，约100千米，其余4个环只有10多千米。我国和印度只观测到了主环￡。后来我国的科学工作者又对全部资料进行检测，也发现了其他4个光环。

后来又经过几次天王星掩星的观测，到1980年止，共发现天王星有16个光环！

第二个具有光环的行星是天王星。天王星在土星的外面，距太阳192天文单位，由于它比较暗，肉眼很难看到它（只有在天气非常好，天王星刚好在天顶，而且又没有月亮的夜晚才勉强可以看到它），所以一直到1781年才在望远镜里第一次发现它。天王星呈现出小小的淡绿色圆面，并且也像木星和土星一样，在赤道区域有几条明暗相间的条纹。

天王星也很大，仅次于木星、土星和海王星，其直径有地球的4倍。天王星的密度很小，只有水的124倍。

天王星自转也很快，自转周期不定，约为24小时。公转周期为84年。由于快速的自转，使得天王星的形状也和木星、土星一样，非常扁，其扁率为003。

天王星有一个特别的地方，就是它在围绕太阳公转时，自转轴几乎就在公转轨道面上，所以，看上去它好像是躺在那儿公转。因此，在天王星上一年四季的变化就非常之大，几乎整个行星表面都有被太阳直射的机会。只是每季特别长，大约要20年。

天王星大气中没有发现氨，主要是氢和甲烷。表面温度更低，平均为零下180℃左右。

1977年3月，天王星发生掩星现象，中外天文学家抓住了这一良机，利用各种手段，对它进行了观测，发现天王星也有一个光环，只是光环里气体物质极其稀薄。天文学家仔细研究了所得的资料，发现其环带分成16个环，均为封闭环，主要由冰、铁物质组成。因为还没有作更多的研究，详细情况还不清楚。

天王星共有5颗卫星，都不很大。

飞向天王星

天王星最亮时要比6等星稍亮，当天王星在天顶附近时，眼力好的人还是勉强能看到它的。因此在望远镜发明以前，用肉眼是可以发现天王星的，但直到1690年，人们用望远镜才观测到它。天文学家勒蒙尼耶从1750～1769年，曾在他的望远镜里观测到天王星达12次之多。由于这位天文学家是个粗心急躁的人，没有花费更多的工夫去整理、研究他的观测资料，使他错过了发现天王星的大好机会。不久，有位侨居英国的德国人威廉·赫歇尔，一有空闲，就去阅读数学、天文学的著作，是一位勤奋追求知识的人；天空的星辰吸引着他，使他产生了迫切需要有一架更大的望远镜，去观测天空奇迹的愿望。于是，他开始磨制望远镜，在1781年3月13日，赫歇尔用自己制造的口径为16厘米的望远镜，在对双子座里的一群小星观测时，发现了1颗行星，这就是后来把它称做天王星的行星。天王星的发现，扩大了太阳系的范围。

天王星距离太阳有1928天文单位。太阳发出的光到达天王星需要2时38分。在天王星上看太阳，太阳是很小的，它的直径不到2′。若在天王星上看地球，它总是淹没在太阳的光辉里。如果从天王星上看水星和金星，就更看不到了，只有土星和木星出现在晨昏的东方或西方天空。在半夜的天空中，可以看到海王星放射着暗淡的光辉。

天王星绕太阳公转1周要花斟年的时间。它绕太阳运行的姿态非常特殊。因为对于一般的行星来说，都是侧着身子运动，而天王星则不然，它像是躺在轨道上绕太阳运动。这是由于天王星的自转轴，与它绕太阳公转的轨道平面间交角，只有8°的缘故。因此在天王星的1年中，太阳便轮流地照射着它的南极和北极。当太阳照射天王星的北极时，北半球是夏季，太阳总不下落，全是白天，没有黑夜。由于天王星离太阳很远，表面的温度仍然是很低的，达零下211℃，说明天王星上的夏季，也是非常寒冷的；这时在南半球，正处在漫长黑夜所笼罩的寒冷冬季。只有在赤道南北纬80之间，才有昼夜的变化。随着天王星的运动，太阳渐渐照射到它的赤道上，这时在天王星这个世界上，才有白天和黑夜的变化。以后，太阳又照射到天王星的南极，南半球的夏天就来到了，它和北半球的夏天是一样的。这时的北半球，则处在寒冷的长夜之中。以后，太阳又逐渐照射到赤道上，就是这样寒来暑往，往返不已。

天王星除了公转也有自转运动。但长期以来，对天王星的。自转周期没能确定下来。科学家们用光谱的方法，才测定了天王星的自转周期为24小时。

在望远镜里看到的天王星，是1颗蓝绿色的星球。在九大行星中，天王星比木星、土星小，但比其它行星都大，吐于中等的地位。天王星的体积是地球的67倍。现在，人门认为天王星的表面有一层厚冰，在这个冰层的内部是个含有金属铁的岩石核。人们把天王星表面的冰-层称为天王星幔，它主要是由水冰和氨冰的混合物组成。天王星上空，有厚厚的大气层。大气中含有大量的氢，还有甲烷以及氨、水、氦和氖等气体。在天王星大气层的深处，覆盖着厚云层。

1977年3月10日，我国和美国等5个天文台，在观测天王星遮掩恒星时，发现了天王星的光环。它位于赤道面附近。最初，认为这个光环是由5个同心环组成的。这5个同心环从里向外的顺序是α、β、γ、δ和ε。其中ε环最宽，有100千米，是主环。其余4个环的宽度，只有10千米左右，而且彼此相距很远。后来又经过进一步的观测和研究发现，在。环以内还有3个环，又在B和R环之间发现一个环。天王星共有9个环组成。由于天王星环的宽度不大，所以在地球上从望远镜里无法直接看清它的形象。1978年，美国天文学家借助口径达5米的望远镜，用工作波长为22微米的红外光，拍下了天王星环的照片。天王星环是由许多小固体块组成的，大概含有石块。

最近，从行星际探测器发回的资料中，发现了从天王星发出的无线电信号。说明天王星的内部存在磁场，在天王星的周围可能有强磁层。

天王星有5颗卫星，都在接近圆形的轨道上绕天王星运动。它们的轨道又都在天王星的赤道面上，因此与天王星轨道面几乎垂直。

天王星和其卫星的大小

天王星的直径是47600千米，体积为地球的49倍。它虽然比木星和土星小得多，但和类地行星比起来，它还是一个大行星。

在这个行星的表面，即使用望远镜看，也看不出有什么特别的地方，不过它有一层很厚的大气却是肯定的。大气的成分除了氢、氧和氨气以外，还含有大量的甲烷。

它绕太阳公转的轨道大略近乎圆形，公转1周需要84年，也就是天王星的1年。长寿的人如果住在天王星上，能活到天王星的1年就不算少了。

天王星的自转周期，即天王星的1天，约为地球时间的10时50分。比地球和火星旋转得快。

天王星即使在最亮的时候也只是五六等，用肉眼不容易看得见。

它有5个卫星，从里向外数，分别叫作“天卫1-天卫5”。

天卫3最大，直径有1000千米。其次是天卫4，直径800千米。这两个卫星是赫歇尔于1787年发现的。

其余3个既暗又小：天卫1直径600千米，天卫2400千米，天卫5200千米。

天王星奇特的季节交替

天王星有一种奇特的性质：它的自转轴，即它的北极和南极的连结线，对于轨道面只有7°59′的倾斜度。如此说来，天王星简直像横卧在空间旋转一样。

像这样有趣的行星，在别的地方是找不到的。因此，天王星的季节，就形成了古怪的变化。

先说北半球，北半球的大部分处于长年的冬夜，相当于地球的21年。这个地方的温度，低达零下180℃。这时南半球正是夏季，而且全是白天，看不见太阳下沉。

接下去的21年是北半球的春天，昼和夜变化迅速。白天只有5时25分。

再接下去的21年北半球完全是白天的夏季，而南半球就变成长年的黑夜了。

一过这个时期，北半球的秋天来临，昼和夜开始到来。这时的南半球，自然是所谓的春天了。

就这样，一年四季需要84年。虽说有春也有夏，但天王星完全是一望无际的冰雪世界。

天王星的光环

天王星，是太阳系第7颗大行星。

大约两个世纪前，人们只认识太阳系中行星家族的5个成员：水星、金星、火星、木星和土星。加上地球，一共才6大行星。当时人们普遍认为太阳系的范围是以土星为界。到了1781年，人类发现天王星，这是继哥白尼后200多年间关于太阳系结构的第一个重大发现。后来又发现海王星和冥王星，这样，太阳系就有了9颗大行星。1977年又发现天王星也有类似环绕土星那样的光环，这又是继1930年发现冥王星以来，近50年内关于太阳系结构的重大发现。

天王星在太阳系的舞台上扮演着重要角色。从它首次登场至今还不到200年。那是1781年3月13日的晚上，英国天文学家威廉·赫歇尔用望远镜观测双子星座，发现有1颗星很特别：它不是恒星般的光点，而是个小小的圆面。不久，他又觉察出这颗星在缓慢移动。

这颗既有圆面又在移动的星体究竟是什么？因为当时已经发现的太阳系行星只有6颗，在没有充分的科学依据以前，把这个星体说成行星，恐怕谁也不会相信。说它是彗星吧，它又没有彗星所特有的彗发和彗尾。同年4月26日，赫歇尔以“一颗彗星的报告”为题，向英国皇家学会提出观测报告。据说，赫歇尔为了慎重起见，才把这颗星体说成彗星的。

随着观测资料的日益增多，这颗星体的运行轨道可以按万有引力定律推算出来。尽管赫歇尔起初还想勉强采用一般彗星的抛物线轨道，或者扁长的椭圆轨道来说明这颗星体的运动，但总是和实际观测不相符合。最后，赫歇尔终于倾听科学实践的呼声，抛弃彗星的轨道，改用近乎圆形的行星轨道，确定它的轨道半径越出土星之外。这样，计算结果和实际观测才大体一致。于是赫歇尔勇敢地宣布，他新发现的天体不是彗星，而是1颗比土星更遥远的行星；太阳系的疆界比当时人们认定的还要大。后来就把这颗新发现的行星命名为天王星。

天王星的发现，在人类探索太阳系结构的征途上，是继哥白尼建立日心说之后的第一个里程碑。

这样估价是比较恰如其分的。前面说过，当时人们认为太阳系只有6颗行星，还普遍认为太阳系的范围以土星为界。这种传统观念根深蒂固，以致赫歇尔宣布的新行星，当时有很多人还不大相信呢！后来，随着天文学的发展，人们才公认天王星是1颗地地道道的行星。1846年发现比天王星更远的海王星。1930年又发现比海王星更远的冥王星。今天，人们正在探索冥王星外面是不是还存在第10颗行星呢！

天王星没有能够更早地被人们所发现，应该说是一件十分令人遗憾的事。原来，天王星是1颗6等星，肉眼可以看得见。天王星在满天繁星之间移动，当它通过某些亮星稀疏的天区时，接连几个晚上都能觉察出来。在人类进入文明社会的几千年间，特别是在发明天文望远镜后的100多年里，天王星居然“漏网”，这好像有点难以理解，其实这也是历史条件的局限性所造成。因为在赫歇尔之前，还没有开始系统而全面的巡天观测，天王星的“漏网”自然就难免了。

更令人遗憾的是，当天王星进入人们眼皮底下的时候，仍然没有被识别出来。事实上，早在1690年就有天王星的观测记载了。特别是在1750年到1769年间，有一个叫勒蒙尼叶的人，他观测到天王星竟达12次之多，却没有被他识别出来。勒蒙尼叶恐怕是吃了因循守旧的亏。相比之下，赫歇尔尊重实践，大胆怀疑前人对太阳系以土星为界的观点，提出土星之外还有天王星这一新观念，作出近代天文学史上的一大发现。

天王星绕太阳公转1周大约相当于84个地球年，从它被发现到现在刚转了大约两圈半。天王星的自转周期或许只有1列、时半，也可能长达二十三四小时，尚待进一步测定。天王星的自转方式很特别：地球、火星和土星的赤道面和轨道面是互相倾斜，即斜着转的；木星的自转轴几乎同轨道面垂直，好像是站着转的；天王星赤道面和轨道面的交角大约等于98度，就是说天王星是躺着转的，因而四季差别很大。

天王星和太阳的平均距离是29亿千米左右，等于地球到太阳距离的19倍。天王星接收太阳的光和热还不到地球的3／1000。天王星的表面温度大约在-200℃。其直径大约是500000千米，为地球直径的4倍。论体积，天王星有印个地球那么大，但其质量却只有地球质量的145倍，因而密度很低，比水稍重点。

天王星的大气中氢气的含量最多，约占总数的一半。此外，还有氦气和甲烷，以及一些还没有辨认出来的气体。

天王星有5颗卫星，这5颗卫星的直径都不超过1000千米，比地球的卫星——月亮小得多。

从发现天王星以来的近200年间，人们对它的认识虽然取得上述一些重要成果，但还没有就此结束。1977年3月11日凌晨，在观测天王星遮掩1颗恒星的过程中，我国和外国的天文学家发现了天王星的光环，这一事件被认为是近50年间关于太阳系结构的一个重大发现。

大家知道，自17世纪发现土星光环以来，人们一直认为只有土星有光环。天王星光环的发现，不仅使人们大大加深对天王星本身的认识，还为研究太阳系的起源和演化提供重要信息。值得提出的是，我国已故著名天文学家戴文赛教授曾预言天王星有光环。他对现有的几十种太阳系起源学说都作了分析，根据最新的资料提出关于太阳系起源的新论点。在这个基础上，戴文赛教授在1976年11月提出天王星及海王星似乎应该有光环。他提出这个论点之后1年，天王星光环就被观测到的事实证实了。

天王星的光环和土星光环一样，大概是由许多小冰块或小铁块所组成。但是，天王星光环比土星光环要薄得多，显得很暗弱。不仅肉眼看不见，就是用天文望远镜也无法直接看到。天王星光环的存在，是根据天王星遮掩1颗恒星时得到的资料，从理论上推断出来的。这些光环是在一条大约7000千米宽的环带上，距离天王星约18千米。

人们对天王星光环的认识正在实践中不断得到补充和发展。1977年3月发现天王星有5个光环，到10月又发现第6个光环。1978年4月又发现3个光环，其中一个当时尚未完全肯定。最近有消息说，这个光环已经得到认证。天王星的光环数目共有9个，比起只有4个光环的土星还要高出一等。