天王星（Uranus）又名烏拉諾斯（拉丁名aka Ouranos），太陽系從內(nèi)到外第七顆行星，行星半徑第三大，行星質(zhì)量太陽系第四大。天王星的成分與海王星相似，化學(xué)成分與氣態(tài)巨行星相似（木星和土星）有較大的不同。出于這個原因，科學(xué)家將天王星和海王星歸類為“冰巨行星”，以區(qū)別于氣態(tài)巨行星。

1781年，威廉·赫歇爾用自制望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)并記錄了天王星，并試圖以國王喬治三世的名字命名，但未能成功最后，約翰·埃勒特·波德是以希臘神烏拉諾斯命名的。天王星被原始星云分裂—聚集—碰撞—吞并而形成。內(nèi)部主要由冰（水冰、甲烷冰、氨冰）和巖石組成。它擁有太陽系中最冷的行星大氣，溫度為-224°C（371°F）氫和氦的含量是82.5±3%和15±3%天王星像其他行星一樣有一個環(huán)狀系統(tǒng)、磁層和許多衛(wèi)星。2004年，美國宇航局哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測到天王星上有一個黑洞。通過數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，科學(xué)家推斷天王星和海王星是存在的“鉆石雨”

天王星被發(fā)現(xiàn)后，人們對它進(jìn)行了多次觀測。在探索天王星的過程中，“旅行者2號”和哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測到了許多關(guān)于天王星的信息。據(jù)新華網(wǎng)2022年5月報道，中國有望于2023年發(fā)射中國空間站望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡口徑與美國哈勃太空望遠(yuǎn)鏡相同，視場比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡大350倍。2023年4月，美國宇航局的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）捕捉到天王星的圖像暈。

據(jù)信，2011年蘇門答臘島附近的地震與天王星有關(guān)磁場；2022年8月，天王星逆行，同年11月發(fā)生月全食和天王星月食。為了研究天王星和海王星，貝諾·Neuensvander和Lavitt·Geldet提出了天王星和海王星的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型，建議將天王星的自轉(zhuǎn)周期改為16.57小時。歐文等人提出的三層氣溶膠模型反映了天王星和海王星之間的顯著相似性。在占星學(xué)中，天王星代表革命、變化和轉(zhuǎn)變是第十一星座水瓶座的守護(hù)星。在希臘神話、中國文化、天王星元素可以在戰(zhàn)爭行動代碼和音樂中看到。

發(fā)現(xiàn)

早期研究

天王星雖然肉眼可見，但從未被明確分類。通常被誤認(rèn)為是一顆恒星，推測希波克拉底可能在公元前128年首次將其記錄在他的星表中。后來，它被納入托勒密 s 《天文學(xué)大成》。然而，最早的明確觀察是在1690年由約翰·弗蘭斯蒂德觀察了六次，將其歸類為金牛座34。后來，查爾斯·萊蒙尼爾在1750年和 17693356年之間觀察了大約十四次。

快速發(fā)展

1781年3月13日，天文學(xué)家威廉·赫歇爾(William   Herschel)雙子座附近的一群小星用自制的227倍反射望遠(yuǎn)鏡對s H星進(jìn)行了觀測，發(fā)現(xiàn)了一顆淺綠色的星。他讓他的妹妹記錄下觀察結(jié)果，并跟蹤觀察幾天。當(dāng)時他認(rèn)為可能是太陽系的天體彗星。于是他向英國皇家學(xué)會提交了一篇題為《一顆彗星的報告》的論文。

后來數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和物理學(xué)家安德烈斯·約翰·萊塞爾（ 安德烈斯 約翰 埃克塞爾） 詳細(xì)研究了該天體的軌道，他計(jì)算并揭示了該天體實(shí)際上是一顆行星。聯(lián)合天文學(xué)會”成員、柏林天文學(xué)家約翰·埃勒特·波德在對其軌道進(jìn)行類似的觀測后，也同意了這一觀點(diǎn)。萊克賽爾還提出，天王星的軌道表明，在其外還有另一顆未被發(fā)現(xiàn)的行星。18463356年發(fā)現(xiàn)海王星時，這個理論被證明是正確的。很快，天王星作為一顆行星成為科學(xué)界的共識，1783年，赫歇爾本人也向皇家學(xué)會承認(rèn)了這一點(diǎn)。為了表彰他的發(fā)現(xiàn)，英國國王喬治三世給赫歇爾提供了每年 2003356英鎊的津貼，條件是他搬到溫莎，以便王室成員可以通過他的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測。赫歇爾繼續(xù)觀測天王星，在 1787 年，他發(fā)現(xiàn)了這顆行星的兩顆明亮的衛(wèi)星，后來被命名為天衛(wèi)四 (Oberon) 和天威三 (Titania)赫歇爾還聲稱發(fā)現(xiàn)了天王星周圍的光環(huán)，就像土星周圍的光環(huán)一樣。然而，這一觀察在當(dāng)時并未得到證實(shí)。

1821年，巴黎天文臺的數(shù)學(xué)家布瓦德根據(jù)新舊觀測數(shù)據(jù)計(jì)算出天王星的軌道，并發(fā)表了天王星運(yùn)行表。他1781年的手表—1821年的預(yù)測和實(shí)際觀測非常一致，但1781年之前的計(jì)算和觀測并不一致，1830年之后的計(jì)算和觀測也不一致。1851年，英國商人和天文學(xué)家威廉·羅素在天王星又發(fā)現(xiàn)了兩個衛(wèi)星軌道，它們被命名為天威（Ariel）和天衛(wèi)二（Umbriel）

鼎盛時期

1948年6月16日，233，358，天威在麥克唐奈天文臺被柯伊伯發(fā)現(xiàn)（Prospero  ）1977年3月，旅行者2號發(fā)現(xiàn)天王星和土星一樣被光環(huán)包圍。1986年，旅行者2號飛越天王星當(dāng)年1月24日，旅行者2號在81500公里內(nèi)接近天王星，研究天王星的大氣。還發(fā)現(xiàn)了10顆天王星衛(wèi)星。2005年，美國宇航局拍攝了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)天王星周圍有一對新的光環(huán)和兩顆新的小衛(wèi)星繞天王星運(yùn)行。《新科學(xué)家》 2017年6月17日，據(jù)報道，美國宇航局（NASA）冰巨星”預(yù)研組正在積極探索，未來10年-如何在20年內(nèi)完成天王星和海王星的探測任務(wù)。他們計(jì)劃的第一項(xiàng)任務(wù)是發(fā)射一個軌道飛行器，對天王星或海王星進(jìn)行大氣探測。幾個世紀(jì)以來，人們對天王星及其衛(wèi)星有了更多的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在我們知道天王星至少有 1 個環(huán)， 7356顆衛(wèi)星。

命名

威廉·為了紀(jì)念他的贊助人喬治三世，赫歇爾決定將他的發(fā)現(xiàn)命名為“喬治之星”或“喬治星球”在英國以外，這個名字并不流行，很快其他人想出了其他名字。法國天文學(xué)家杰羅姆就是其中之一·拉蘭德（Jerome  Lalande）建議將其命名為赫歇爾（  Herschel）為了紀(jì)念他的發(fā)現(xiàn)，瑞典天文學(xué)家埃里克·普羅斯佩林（Erik Prosperin）提議命名為海王星。

在1782年3月的一篇論文中，約翰·埃勒特·波德提出了天王星這個名字，這是希臘天空之神天王星的拉丁文版本。博德認(rèn)為其他星球的名字都是基于古代神話，這個星球應(yīng)該也是如此；天王星是宙斯和爺爺、克洛諾斯（土星）他的父親也是希臘神話中的泰坦之王。天王星位于木星和土星的軌道之外，所以這個名字非常合適。1789年，波德 的同事馬丁·克拉普羅斯支持他的選擇，并將他新發(fā)現(xiàn)的元素命名為“鈾”最后，波德 s的建議被廣泛采用1850年，最后的堅(jiān)忍者《航海年鑒》的編輯將第七顆行星命名為“Georgia  Sidus” 改天王星。

在中文、日語、在韓語和越南語等其他語言中，天王星被翻譯為“天王星”它的正式名稱在泰語中是 Dao Yurenat，在蒙古語中是  Tengerin   Van 3356的意思“天空之王”，但在夏威夷語中，它的名字是 Hele'Ekala是天王星的發(fā)現(xiàn)者赫歇爾的外來詞。

天王星有兩個天文符號和，代表太陽和火星之矛的組合圖案，因?yàn)樘焱跣鞘窍ＥD神話中天堂的化身，由太陽的光芒和火星的力量主宰。另一個象征是約瑟夫·杰羅姆·勒弗朗索瓦·德·拉蘭德 (約瑟夫 杰羅姆  lef ranois   de   la lande) 是在 1743356年提出的。在給威廉·在赫歇爾的一封信中，拉蘭德將其描述為“一個上面有你名字首字母的地球儀”

物化性質(zhì)

天王星是藍(lán)綠色的，這是由其大氣中的甲烷造成的，甲烷主要由氫和氦組成。這顆行星通常被稱為冰巨人，因?yàn)樗馁|(zhì)量至少是 80% 是水、甲烷和氨冰的流體混合物。這顆行星自發(fā)現(xiàn)以來，每 723356年向西移動 1但它與太陽的平均距離仍保持在 203356天文單位或 203356億公里- 203356億英里左右。它離太陽最遠(yuǎn)的點(diǎn)和最近的點(diǎn)之差大約是 1.833，356個天文單位。與其他巨行星相比，天王星的質(zhì)量最小，為8.6811x10 25kg公斤，大約是地球的14倍南.5倍。其直徑略大于海王星，約為地球直徑的4倍，約為51.118km。天王星的密度為1.27g/Cm 3  是繼土星之后的第二顆低密度行星。這個值表明它主要由各種冰組成，比如水、氨和甲烷，其質(zhì)量估計(jì)約為 9.3 轉(zhuǎn) 13.533，356個地球質(zhì)量。

化學(xué)性質(zhì)

天王星混合物的化學(xué)豐度比：h : o 3360 c 3360n=28:7:433601為了探索天王星的化學(xué)性質(zhì)，科學(xué)家用分子動力學(xué)模擬了它，將天王星與一個更簡單的體系混合（例如水、甲烷和水-甲烷混合物（(1:1)通過比較，從模擬中發(fā)現(xiàn)，在極端的壓力和溫度條件下，分子以非常快的速度解離和反應(yīng)。在網(wǎng)狀相中，由于c-C和C-N鍵的鍵壽命比其他類型的鍵長得多，所以模擬中觀察到的有機(jī)分子可能是團(tuán)簇生長的第一階段（它主要含有碳和氮） ）純甲烷的分解被認(rèn)為導(dǎo)致碳以金剛石的形式沉淀。但在甲烷的沖擊恢復(fù)實(shí)驗(yàn)和靜態(tài)高壓實(shí)驗(yàn)中，聚集碳的存在只是在釋放到環(huán)境條件下才得到證實(shí)，并不能說明碳在高壓高溫下的狀態(tài)。在重力的影響下，這些小星團(tuán)（比周圍的液體密度更大）預(yù)計(jì)它將更深地沉入天王星的核心，并形成巨大的引力能量源，這些能量將在行星更深的部分轉(zhuǎn)化為熱能。

如果天王星混合物網(wǎng)狀相中形成的團(tuán)簇確實(shí)導(dǎo)致混合物中碳和氮含量的分離和沉淀，那么人們將從一種流體的高導(dǎo)電性混合物變成去離子水的基本上固體部分，其碳和氮含量相對較低。導(dǎo)電性（離子僅由質(zhì)子跳躍形成，沒有電子成分）碳在金剛石相中，沒有導(dǎo)電性。

為了強(qiáng)調(diào)水對 P的影響-T 碳化學(xué)在空間網(wǎng)狀部分的作用，科學(xué)家比較甲烷、水-甲烷 (1:1)蘇 中的 和 蘇 -C 和 C-H 鍵的 BACF。( 1)75:1 O/C 比）下 4000 K 和 176 GPa 。發(fā)現(xiàn)對于富含水的混合物，c-C 結(jié)合劑的壽命更長。這表明，與水-甲烷（(1:1)與混合物相比，富含水的天王星混合物有利于形成更大的碳網(wǎng)絡(luò)或簇。這種趨勢也可能是 N 的存在造成的。

注：上圖中的A 代表3356c–C（黑色）C–N（藍(lán)色）C–O（綠色）和 C–H（紅色）四鍵在不同溫度：1837K（實(shí)線綠色陰影），4000K(虛線灰色陰影)和7260K(虛線橙色陰影），密度為3g/cm -三次分別對應(yīng)160、176和200GPa的壓力；圖b顯示在4000K的溫度下、3g/cm -3密度下的分子動力學(xué)模擬快照。這對應(yīng)于網(wǎng)狀相。碳原子為淺藍(lán)色，氧原子為紅色，氮原子為藍(lán)色，氫原子被覆蓋以突出碳網(wǎng)絡(luò)的尺度；圖C顯示了不同混合物在 4000K 和176GPa下的相關(guān)函數(shù)。黑色表示C-c鍵，綠色表示c-o鍵，紅色表示c-H鍵。實(shí)線代表合成天王星，虛線代表水-甲烷混合物，虛線代表純甲烷。

天王星的形成，也就是行星的形成。50億年前，宇宙中有一個星云，總質(zhì)量是現(xiàn)在的幾千倍太陽系是由氣體和塵埃組成的。星云在引力的作用下逐漸收縮，內(nèi)部有很多湍流漩渦。隨后，大星云分裂成許多小星云，其中一個叫做“原始星云。原始星云在引力的作用下不斷收縮，同時自轉(zhuǎn)速度變快，形狀越來越扁平。最后在赤道面上形成一個連續(xù)的薄星云盤。星云盤主要由”土物質(zhì)”冰物質(zhì)'和'氣物質(zhì)”組成。土物質(zhì)主要是硅、鎂及其氧化物，冰的物質(zhì)主要是碳、氮、氧及其氫化物；氣物質(zhì)主要是氫、氦、氖等。

星云盤中的固體粒子相互碰撞，形成新的粒子。在垂直分量的作用下，較大的固體顆粒克服氣體阻力，在赤道面附近沉降，形成較薄的固體顆粒“塵層”隨著塵埃層中物質(zhì)密度的增加，重力不穩(wěn)定性出現(xiàn)，導(dǎo)致塵埃層分裂成許多小部分。每一小部分都是收縮聚合而成的“星子”在星子碰撞過程中，小星子被大星子吞噬，聚集形成以太陽為中心的胚胎。

原始行星遠(yuǎn)離太陽，遠(yuǎn)離太陽的天王星被太陽 重力，氣體物質(zhì)很容易逃逸物質(zhì)所剩不多，密度大于巨行星；此外，天王星可以比木星吸收更多的物質(zhì)、土星很少，所以生長緩慢，體積和質(zhì)量相對較小。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

天王星沒有固體表面，因?yàn)樗膬?nèi)部結(jié)構(gòu)是流體。由氣體組成的大氣逐漸過渡到內(nèi)液層。然而，為了更容易理解，大氣壓等于 1 bar 的旋轉(zhuǎn)扁球體被有條件地指定為天王星 “表面”

天王星 內(nèi)部主要由冰構(gòu)成（水冰、甲烷冰、氨冰）和巖石組成。天王星的巖石內(nèi)核比其他行星小，僅占總質(zhì)量的1/28，半徑不到整個星球的20%地核的外層是地幔，最外層是行星表面。重力場的測量表明，隨著深度的增加，密度逐漸增大，這可能是因?yàn)樘焱跣请S著深度的增加逐漸過渡到巖石，但也可能是由于冰物質(zhì)壓縮程度的增加，所以不能確定天王星中的巖石物質(zhì)是否與冰物質(zhì)分離。目前，更多的模型認(rèn)為天王星的核心是巖石和冰冷物質(zhì)的混合物。此外，天王星偶極磁場源的位置遠(yuǎn)離質(zhì)心，因此內(nèi)核外部可能是導(dǎo)電層。該層可能是水、氨和甲烷的混合物，但是甲烷、氨不是良好的導(dǎo)電層材料。但溫壓模擬實(shí)驗(yàn)表明，在層的物理?xiàng)l件下，三者的混合物中可能存在更多的 NH4等離子、H?O+、OH- 等。

鉆石海洋

天王星和海王星都有奇特的——的磁極，與地理極形成約 603356度的夾角研究人員提出，原因可能是鉆石海洋造成的。然而，鉆石是一個很難研究的問題，因?yàn)樗仨氃趯?shí)驗(yàn)室里熔化才能研究。

當(dāng)鉆石被加熱到極端溫度時，它會發(fā)生物理變化，從鉆石變成石墨，然后石墨會融化成液體。科學(xué)家建議加熱鉆石，同時防止它轉(zhuǎn)化為石墨 。這樣做不僅需要超高熱，還需要高壓。研究人員在比地球高 40003356萬倍的壓力下液化了鉆石海平面氣壓。當(dāng)壓力降到地球的1100萬倍時海平面、當(dāng)溫度下降到50000攝氏度時，液體中開始出現(xiàn)固體金剛石塊。

因?yàn)殂@石是一種稀有的液體，比如水，它的固體密度比液體低，所以固體鉆石“冰山”可能漂浮在海王星和天王星的鉆石海里。這兩個星球都有條件和碳使這成為可能：他們都是由高達(dá) 10% 的碳成分。科學(xué)家認(rèn)為這些鉆石可以解釋異常磁極。

磁場

天王星有一個特殊的、不規(guī)則磁性層。磁場通常與行星的旋轉(zhuǎn)方向一致，但是天王星與行星的旋轉(zhuǎn)方向一致磁場是傾斜的：磁軸與行星的自轉(zhuǎn)軸傾斜近 603356度，偏離行星中心三分之一的半徑。由于不平衡的磁場，天王星上的極光與兩極并不重合（就像地球、木星就像土星上的極光）天王星后面與太陽相對的磁層尾部延伸到太空中數(shù)百萬英里。由于天王星的作用，它的磁力線扭曲成螺旋形橫向旋轉(zhuǎn)。

天王星 不對稱導(dǎo)致天王星和磁層每天接觸太陽風(fēng)一次。天王星 偶極矩是地球的50倍。人們認(rèn)為這些特征是冰巨星的共同特征，因?yàn)楹Ｍ跣且灿蓄愃频奈灰坪蛢A斜磁場。對這種奇怪的磁層排列的一種解釋可能是天王星內(nèi)部的液體鉆石海洋會阻礙磁場。

內(nèi)部熱能

與其他行星相比，天王星幾乎沒有內(nèi)部熱源。研究表明，與木星或土星不同，天王星向太空輻射的能量與它從太陽接收的能量一樣多。天王星只有微弱的陽光為其大氣層提供能量，內(nèi)部熱能也很少，因此缺乏木星和土星上的劇烈的風(fēng)和云動力學(xué)。目前還不清楚天王星為什么缺少一個重要的內(nèi)部熱源。

大氣圈

大氣成分

天王星 大氣，從它的表面開始，厚5萬公里，由地幔和地核沒有的粒子組成，主要是氫（含量83±3%和氦（含量15±3%氦的比例接近太陽氦。此外，天王星的大氣中碳含量很高， 碳/氫的比率是太陽的30倍英格索爾認(rèn)為這是因?yàn)樘焱跣蔷嚯x太陽較遠(yuǎn)，形成行星所需的物質(zhì)較少，所以在太陽系的行星中形成得相對較晚此時太陽已經(jīng)形成，太陽風(fēng)帶走了原行星盤中氫氦等較輕的元素，導(dǎo)致碳的比例增加了 。在天王星的大氣成分中，甲烷的含量排名第三（含量2.3%天王星在可見光下呈現(xiàn)藍(lán)綠色外觀，正是因?yàn)樘焱跣巧戏接幸粚蛹淄闊熿F外層云層吸收了大部分紅光。但是土星和木星的外層沒有甲烷煙霧層，因?yàn)閮烧叩谋砻鏈囟认鄬^高，甲烷不會凝結(jié)。但是天王星和海王星表面溫度相對較低，甲烷會凝結(jié)。

大氣的垂直結(jié)構(gòu)

研究表明，天王星和海王星的壓力和溫度的垂直結(jié)構(gòu)非常相似，它們與木星和其他氣態(tài)巨行星有明顯的不同。但由于缺乏原位觀測數(shù)據(jù)， 只能對觀測到的光譜進(jìn)行反演分析。2011年，斯羅莫夫斯基等人“旅行者2號”通過對觀測數(shù)據(jù)的再次分析，認(rèn)為天王星大氣的垂直結(jié)構(gòu)由5個氣溶膠層組成，最上層是平流層的煙霧層，對流層有4個氣溶膠層，其壓力為0.1~1.2巴之間的對流層上層大氣、1.兩個相對緊密的氣溶膠層在2到2巴之間，底部對流大氣的壓力大于2巴。2013年，泰斯等人用NASA 美國的紅外望遠(yuǎn)鏡在0.8~1.8um近紅外光譜的反演分析表明，天王星大氣垂直結(jié)構(gòu)只有兩個明顯的層：壓力低于1巴的霾層；底部有厚厚的對流層。

天王星對流層的高度是 -300到 50km之間，壓力100比0.1bar。它是大氣中最低最稠密的部分，溫度隨著海拔的升高而降低。從對流層底部 -300公里大約32萬（47°C；116°F）在 50公里處下降到53K（220°C；364°F）對流層被認(rèn)為具有高度復(fù)雜的云結(jié)構(gòu)，它是大氣的動態(tài)部分，表現(xiàn)出強(qiáng)風(fēng)、明亮的云和季節(jié)變化。

天王星平流層高度在50到4,000km之間，氣壓為0.1至 1010巴。溫度隨著高度逐漸升高，從對流層邊界的 53K（?220°C；?364°F） 800到 850K到熱層底部（527 至 577 C；980 至1070華氏度） 。加熱是由甲烷和其他碳?xì)浠衔镂仗?a href="https://www.www.laviva.cn/doc-view-1794.html" target="_blank">紫外線和紅外線輻射引起的。

云和大氣環(huán)流

在計(jì)算機(jī)處理得到的假彩色圖像中，我們可以找到與其他木質(zhì)行星相似的云帶特征。這些云帶和木星、土星上的云帶與赤道平行。另外，在42 S 和50 S 之間還有一條狹長的亮帶，稱為'極地衣領(lǐng)'這個地區(qū)被認(rèn)為是甲烷密集區(qū)。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在天王星上發(fā)現(xiàn)了大約20個亮云，在2006年，它在天王星的北半球發(fā)現(xiàn)了暗點(diǎn)。與土星和木星相比，天王星的數(shù)據(jù)不是很完整，風(fēng)速信息多在南北半球緯度高于20°的地區(qū)這些地區(qū)的風(fēng)速幾乎與天王星成正比旋轉(zhuǎn)方向據(jù)推測，20°以內(nèi)的赤道地區(qū)可能為負(fù)，這里的風(fēng)速可達(dá)200mm/s。

氣候

天王星極端的軸向傾斜會導(dǎo)致異常的天氣。根據(jù)美國宇航局的說法，當(dāng)陽光多年來第一次到達(dá)一些地區(qū)時，它將加熱大氣層，并引發(fā)一場巨大的春季風(fēng)暴。

當(dāng)旅行者2號在1986年盛夏首次拍攝天王星南部時，只拍攝了大約10片可見的云幾十年后，哈勃等先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡使科學(xué)家們能夠觀察到天王星上的極端天氣。

2014年，天文學(xué)家首次在天王星上看到了肆虐的夏季風(fēng)暴。這些巨大的風(fēng)暴發(fā)生在地球離太陽最近的七年后太陽將地球加熱到最高溫度后，為什么會發(fā)生巨大的風(fēng)暴，這仍然是個謎。

天王星上的其他異常天氣包括鉆石雨，它將沉入天王星和海王星等冰冷巨行星表面以下數(shù)千英里。

天王星每 84 年繞太陽一周（天王星上的一年相當(dāng)于 843356個地球年）這就造成了天王星南北極中的一個被太陽持續(xù)照射了42年，另一個處于極夜中42年。它與太陽的平均距離約為30億公里。到達(dá)天王星的陽光強(qiáng)度在地球上約為1/400。所以天王星總是在寒冷中。

天王星的自轉(zhuǎn)周期是17小時14分鐘（與地球時間相比，天王星上的一天大約是17小時14分鐘）然而，與其他巨行星一樣，它也會沿著其旋轉(zhuǎn)方向經(jīng)歷相對較強(qiáng)的風(fēng)。在某些緯度上，如從赤道到南極的三分之二處，大氣的運(yùn)動速度明顯加快，因此它可以在 143356小時內(nèi)完成自轉(zhuǎn)。天王星幾乎是躺著在軌道上旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)軸位于太陽系所在平面的一側(cè)，軸傾角為97°.77度。

天王星 旋轉(zhuǎn)軸近似平行于太陽系平面，傾角為97°.77°。這一特點(diǎn)使得天王星的季節(jié)變化與其他行星完全不同。臨近夏至，一極持續(xù)面向太陽，另一極則完全籠罩在黑暗中。在天王星的另一邊軌道，兩極面向太陽方向相反，每一極約有 423356年的持續(xù)光照，另一極處于黑暗中。春分的時候，太陽正對著天王星的赤道，產(chǎn)生了和大多數(shù)其他行星相似的晝夜循環(huán)。

天王星 赤道比兩極更熱。導(dǎo)致這種情況的潛在機(jī)制尚不清楚，為什么天王星有如此不尋常的軸傾斜也是未知的。然而，據(jù)推測，大約30至40億年前太陽系形成時，天王星與一顆地球大小的原行星相撞。

1970年，國際天文學(xué)聯(lián)合會決定，行星或衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)極位于不變平面的北側(cè)，稱為北，北緯為正。根據(jù)這個定義，天王星北半球在2007年12月6日達(dá)到最近的春分，2030年4月9日夏至，2050年1月31日秋分，2069年9月29日冬至。

環(huán)系統(tǒng)

天王星環(huán)是由大量圍繞天王星旋轉(zhuǎn)的小粒子組成的環(huán)形系統(tǒng)。1977年3月10日，天文學(xué)家如 柯伊伯空中天文臺的埃利奧特觀察到天王星覆蓋了一顆恒星他們原本打算研究天王星大氣，卻意外發(fā)現(xiàn)被遮住的恒星在天王星被遮住前后曾短暫消失過5次因此天文學(xué)家推斷天王星有五個環(huán)，并根據(jù)與天王星的距離命名為α環(huán)、β環(huán)、γ環(huán)、δ環(huán)和ε環(huán)。 年12月23日和1978年4月10日對天王星的兩次掩星觀測又發(fā)現(xiàn)了四個環(huán)。在仔細(xì)分析旅行者2號拍攝的圖像后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了更多的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。目前，天王星有13個命名的光環(huán)，比木星和土星都大s環(huán)和海王星土星環(huán)，但比土星環(huán)小s環(huán)。

按照與天王星的距離從近到遠(yuǎn)依次是1986U2R、6、5、4、α、β、η、γ、δ、λ、ε、v和μ。其中窄主環(huán)9個，分別為6個、5、4、a、β、η、Y、δ、e；塵埃環(huán)有兩個，分別是1986U2R和λ；有兩個外環(huán)，分別是μ和V。主環(huán)之間有許多暗塵帶和不完整的弧，這些環(huán)非常暗(幾何反照率≤5%～6%，可能由水冰和深色有機(jī)物組成。其粒徑一般在0.2 ~ 20m ，可能來自部分衛(wèi)星碰撞產(chǎn)生的碎片。環(huán)系的形成時間不會早于6億年前。

衛(wèi)星

像其他巨行星一樣，天王星有許多衛(wèi)星。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了27顆衛(wèi)星，莎士比亞和亞歷山大·流行音樂中的人物命名s作品。天王星衛(wèi)星系統(tǒng)是巨行星中最小的。即使所有天王星衛(wèi)星的質(zhì)量加起來，也還不到海王星的一半美國最大的衛(wèi)星，Triton。它們的表面積比澳大利亞大陸要小，大部分缺乏大氣層。根據(jù)衛(wèi)星的大小和軌道特征，天王星衛(wèi)星可以分為三組：13顆內(nèi)圈衛(wèi)星、5顆主群衛(wèi)星和9顆非規(guī)則衛(wèi)星。它們與天王星環(huán)密切相關(guān)，可能是因?yàn)榄h(huán)系統(tǒng)被一個或多個小的內(nèi)環(huán)衛(wèi)星分裂。其中，五顆主群衛(wèi)星的質(zhì)量大到足以使它們坍縮成近球體。內(nèi)環(huán)的衛(wèi)星軌道都位于澤納維之內(nèi)，不規(guī)則衛(wèi)星的軌道都位于澤納維之外，遠(yuǎn)離天王星，軌道偏心率和傾角都很高(大部分為逆行)。

太陽對天王星的影響

牛津大學(xué)和雷丁大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，太陽活動可以影響天王星周圍云的顏色和形成。研究人員還發(fā)現(xiàn)，天王星亮度的變化表明其云層正在發(fā)生變化，這是由兩個過程引起的：一個是紫外線水平的波動改變了大氣中顆粒物的顏色；另一種是太陽系外高速粒子的宇宙射線轟擊大氣層，影響云的形成。天王星 大氣層，比如海王星和海王星可以對進(jìn)來的高能粒子作出反應(yīng)。

其他行星的影響

研究表明，天王星至少遭受了兩次重創(chuàng)，研究人員首次對單次撞擊場景進(jìn)行建模。他們發(fā)現(xiàn)，碰撞很可能發(fā)生在早期的太陽系，當(dāng)時天王星仍被塵埃和氣體盤包圍，最終形成了它的衛(wèi)星。天王星再次失去平衡，傾斜的赤道面重組。同時，衛(wèi)星像天王星一樣傾斜。

對天體的觀測和探測可以幫助人們探索宇宙的起源和演化、尋找地外生命。在20世紀(jì)的大部分時間里，天王星一直在南天星座緩慢移動再加上不足4秒的小圓盤大小和看似不起眼的綠色表面，它是一顆長期被業(yè)余天文學(xué)家忽視的行星。

業(yè)余觀測

觀測天王星并不是特別困難，因?yàn)樗幱谌庋劭梢姷倪吘墸秒p筒望遠(yuǎn)鏡很容易看到。一架典型的業(yè)余望遠(yuǎn)鏡將會看到一個小藍(lán)點(diǎn)大小的天王星。如果你把望遠(yuǎn)鏡放大200倍，你可以看到圓盤大小的天王星。

因?yàn)樘焱跣堑囊曋睆胶苄。砸臄z天王星就需要長焦距的相機(jī)。為了獲得合適的圖像比例，焦距比應(yīng)該設(shè)置為f/30至 f/40左右。天王星的旋轉(zhuǎn)速度比木星和土星慢得多，因此需要8到10分鐘才能獲得一張圖像。

天王星在夜空中很難被發(fā)現(xiàn)，尤其是在光污染嚴(yán)重的地區(qū)。為了找到天王星，人們在望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)鏡上安裝了一個簡單的測斜儀，并在瞄準(zhǔn)鏡的頂部放了一個指南針。觀察時，在方位上移動視線，直到發(fā)現(xiàn)天王星。如果想準(zhǔn)確找到天王星，還可以使用stargazer手機(jī)應(yīng)用軟件，可以準(zhǔn)確找到天體的位置。觀察時，只需啟動應(yīng)用程序，搜索天王星，將手機(jī)指向指示的方向。

觀測天王星的最佳時間是它所在的時候“沖日”位置，因?yàn)榇藭r天王星離地球最近，地球正好在太陽和天王星之間。

專業(yè)觀測

 1781 赫歇爾用的是家里做的6寸（15.2 厘米）牛頓 的鏡子定期觀察到天王星有一個清晰的圓盤和綠色色調(diào)。經(jīng)過數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和物理學(xué)家安德烈斯·約翰·萊塞爾 對其軌道的研究和計(jì)算顯示天王星是一顆行星。

18703356開頭，布福姆先生用的是9寸，放大倍數(shù)212和320（22.8厘米）反射器，觀測天王星盤面上的亮點(diǎn)區(qū)域，估計(jì)天王星的自轉(zhuǎn)周期為12小時（現(xiàn)代公認(rèn)的周期是17小時以上）1873年1月16日晚，羅斯勛爵用72英寸的鏡子觀測天王星雖然他的視力和清晰度非常好，但他什么也沒觀察到。

1883年56月間，楊教授利用23英寸的普林斯頓天文臺（58 厘米）用折射鏡觀測天王星，我們發(fā)現(xiàn)天王星上有兩條微弱的赤道帶，天王星上有大氣活動。1884年3月18日，兩位觀察者，托倫和貝豪登，使用了14英寸（35 厘米）尼斯望遠(yuǎn)鏡觀測到天王星上有類似火星的黑點(diǎn)。

1934年，威爾特通過觀測提出了第一個天王星內(nèi)部模型他認(rèn)為天王星是由一個巖石核心組成的、冰層和富氫大氣。 19513356年，來自曼徹斯特的拉姆齊提出了天王星的另一個內(nèi)部模型。拉姆齊認(rèn)為天王星主要由甲烷組成、氨和水組成。

1981年，奧米拉使用了0.用23m折射鏡對天王星上的云進(jìn)行了7次觀測，成功推導(dǎo)出了天王星的自轉(zhuǎn)周期。Omira得到的天王星自轉(zhuǎn)周期是16-16.2小時之間。

科學(xué)探測

美國宇航局旅行者2號是唯一近距離觀測過天王星的航天器，它配備了科學(xué)成像系統(tǒng)、紫外光譜儀、紅外干涉光譜儀、光偏振計(jì)、三軸磁通門磁力儀、等離子體光譜儀、低能帶電粒子實(shí)驗(yàn)儀、等離子體波實(shí)驗(yàn)儀、宇宙射線望遠(yuǎn)鏡和科學(xué)無線電系統(tǒng)。1986年1月24日，旅行者2號首次造訪天王星。飛船抵達(dá)天王星云81500公里以內(nèi)。科學(xué)家通過旅行者2號發(fā)現(xiàn)了天王星的10顆新衛(wèi)星、兩個新環(huán)和一個比土星更強(qiáng)的磁場。

哈勃望遠(yuǎn)鏡是第一個放置在太空中的大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，它配備了廣角相機(jī)、宇宙起源攝譜儀、高級巡天相機(jī)、空間望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀、近紅外相機(jī)、多目標(biāo)光譜儀和精確制導(dǎo)傳感器。哈勃望遠(yuǎn)鏡的可見范圍從紫外光延伸到可見光再到近紅外光。2005年12月22日，美國宇航局宣布，根據(jù)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片，發(fā)現(xiàn)了一對新的環(huán)和兩顆新的繞天王星運(yùn)行的小衛(wèi)星。哈勃發(fā)現(xiàn)的最大環(huán)的直徑是先前已知行星環(huán)的兩倍。

德國德累斯頓-羅森多夫亥姆霍茲中心（HZDR）由羅斯托克大學(xué)和法國聯(lián)邦理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)對天王星和海王星進(jìn)行了一項(xiàng)新穎的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了太陽系外的冰巨人中確實(shí)會下雨“鉆石雨”

2023年4月，美國宇航局的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）不僅捕捉到了天王星的圖像年輪，還捕捉到了它的云和極冠。

2011年3月28日，印度尼西亞蘇門答臘島附近海域發(fā)生強(qiáng)烈地震。德國《圖片報》報道，地震是由于天王星對地球赤道附近的板塊產(chǎn)生影響而引起的：天王星 磁場對地球板塊產(chǎn)生了強(qiáng)大的吸引力，導(dǎo)致了海底大地震。NASA內(nèi)部的權(quán)威科學(xué)家也支持這份報告。

2022年8月24日，天王星逆行：天王星 通過白羊座東南方的恒星向東運(yùn)動會變慢，直到停止，然后開始向西逆行。這種現(xiàn)象將持續(xù)到2023年1月。行星倒退是由地球引起的地球自身繞太陽的運(yùn)動。當(dāng)?shù)厍蚶@著太陽轉(zhuǎn)時，人類和的視角會發(fā)生變化，這將導(dǎo)致天體的視位置在天空中從一邊移動到另一邊。

2022年11月8日，月全食和天王星月食同時發(fā)生。通常情況下，由于月亮太亮，天王星從月亮后面經(jīng)過時很難被觀測到。當(dāng)月全食發(fā)生時，它正好與天王星和太陽重合與太陽的碰撞這時，月亮比以前暗多了，所以通過雙筒望遠(yuǎn)鏡、小型天文望遠(yuǎn)鏡，可以清楚地看到天王星是“紅月亮”的身影所遮擋。