天王星

天王星简介

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），是一颗在太阳系中离太阳第七近的青色行星，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。

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℃）。

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。

结构

天王星主要是由岩石与各种成分不同的水冰物质所组成，其组成主要元素为氢（83%），其次为氦（15%）。在许多方面天王星（海王星也是）与大部分都是气态氢组成的木星与土星不同，其性质比较接近木星与土星的地核部分，而没有类木行星包围在外的巨大液态气体表面（主要是由金属氢化合物气体受重力液化形成）。天王星并没有土星与木星那样的岩石内核，它的金属成分是以一种比较平均的状态分布在整个地壳之内。直接以肉眼观察，天王星的表面呈现洋蓝色，这是因为它的甲烷大气吸收了大部分的红色光谱所导致。

天王星的质量大约是地球的14.5倍，是类木行星中质量最小的。它的密度是1.29公克/厘米³只比土星高一些，直径虽然与海王星相似（大约是地球的4倍），但质量较低。这些数值显示天王星主要由各种各样挥发性物质，例如水、氨和甲烷组成。天王星内部冰的总含量还不能精确的知道，根据选择的模型不同有不同的含量，但是总在地球质量的9.3至13.5倍之间。氢和氦在全体中只占很小的部分，大约在0.5至1.5地球质量。剩余的质量（0.5至3.7地球质量）才是岩石物质。

根据旅行者2号的探测结果，科学家推测天王星上可能有一个深度达10000公里、温度高达6650℃，由水、硅、镁、含氮分子、碳氢化合物及离子化物质组成的液态海洋。由于天王星上巨大而沉重的大气压力，令分子紧靠在一起，使得这高温海洋未能沸腾及蒸发。反过来，正由于海洋的高温，恰好阻挡了高压的大气将海洋压成固态。海洋从天王星高温的内核（高达6650摄氏度）一直延伸到大气层的底部，覆盖整个天王星。必须强调的是，这种海洋与我们所理解的、地球上的海洋完全不同。也有观点认为，天王星上并不存在这种海洋。

气候

在紫外线与可见光波段下与其他的气体巨星，甚至是与相似的海王星比较，天王星的大气层是非常平静的。当旅行者2号在1986年飞掠过天王星时，总共观察到了10个横跨过整个行星的云带特征。有人提出解释认为这种特征是天王星的内热低于其他巨大行星的结果。记录到天王星对流层顶的最低温度是49K，比海王星还要冷，使天王星成为太阳系温度最低的行星（原来九大行星中温度最低的冥王星已不再是行星）

在1986年，旅行者2号发现可见的天王星南半球可以被细分成两个区域：明亮的极区和暗淡的赤道带状区。两这区的分界大约在纬度-45°的附近。一条跨越在-45°至-50°之间的狭窄带状物是在行星表面上能够看见的最亮的大特征，被称为南半球的“衣领”。极冠和衣领被认为是甲烷云密集的区域，位置在大气压力1.3至2帕的高度。很不幸的是，旅行者2号抵达时正是盛夏，而且观察不到北半球的部分。不过，从21世纪开始之际，北半球的“衣领”和极区就可以被哈勃太空望远镜和凯克望远镜观测到。结果，天王星看起来是不对称的：靠近南极是明亮的，从南半球的“衣领”以北都是一样的黑暗。天王星上之后可能出现的季节变化，将会被详细的讨论。天王星可以观察到的纬度结构和木星与土星是不同的，它们展现出许多条狭窄但色彩丰富的带状结构。

追踪这些有特征的亮云，可以测量出天王星对流层上方的风是如何在极区咆哮。在赤道的风是退行的，意味着它们吹的方向与自转的方向相反，它们的速度从−100至−50米/秒。风速随着远离赤道的距离而增加，大约在纬度±20°静止不动，这儿也是对流层温度最低之处。再往极区移动，风向也转成与行星自转的方向一致，风速则持续增加，在北纬60°处达到最大值，然后下降至极区减弱为0。在南纬40°附近，风速从150到200米/秒，因为“衣领”盖过了所有平行的亮云，无法测量从哪儿到南极之间的风速。与北半球对照，风速在纬度+50°达到最大值，速度高达240米/秒。