天王星，图源：wikipedia
当用地面望远镜观察时，天王星看起来像一个很小的蓝绿色圆盘。然而，天王星看起来小主要是因为它离地球太远了。它的直径约为51110公里，为地球的四倍，这使它成为太阳系体积第三大的行星（质量第四）。
天王星是太阳系中4个气态巨行星之一，这是一种几乎由流动的物质组成的大质量行星，它们没有固体表面。有的气态巨行星及其缺少固体成分，甚至连核心都缺少固体。有的气态巨行星则可能有一个固体内核，隐藏在厚厚的大气层之下。除天王星外，其他的气态巨行星是海王星，土星，和木星。天王星直径略大于海王星，但比木星或土星的一半还要小。
天王星的发现：威廉·赫歇尔
威廉·赫歇尔，图源：wikipedia
1781年，英国天文学家威廉·赫歇尔用自制的15厘米口径反射望远镜观测天空，他仔细地检查每个星星，想要寻找不同寻常的东西。三月的一天晚上，他找到了一个与其他星星不同的发光小圆盘。起初他认为这是一个彗星，但其他的天文学家很快意识到，他发现的是一个新的行星。有些人建议以赫歇尔的名字来命名这个行星，但天文学家并不同意，而是以古希腊天神乌拉诺斯的名字来命名它（天王星英语为Uranus，这也是古希腊天神乌拉诺斯的名字）。
天王星的自转和公转
天王星是从太阳系中心向外数的第七颗行星，距离太阳约29亿千米。它每84年绕太阳一圈，轨道是一个巨大的椭圆形。它到太阳的距离是土星的两倍远，是地球的19倍远。
它每17个小时自转一圈，它的自转轴倾角很独特，垂直于自转轴的平面（赤道面）与它的公转轨道面呈98度夹角。也就是说，它几乎是躺着运行的。在公转中，它的北极有一半的时间对着太阳，另一半时间则是南极对着太阳。
天王星的自转和公转，红色直线表示自转轴，与公转平面接近（赤道面与公转平面垂直），看起来像是躺着在轨道上滚动。 图源：Pearson Prentice Hall, Inc
科学家认为天王星自转轴倾角如此大可能是在形成的过程中（或刚形成之后）受到了一个大质量天体的影响。和其他行星一样，天王星是由很多小的碎片碰撞形成的。天文学家认为，在它形成的晚期，一颗特别大的碎片可能撞击了它，使它倾斜。
厚重的大气层
天王星是一个被雾霾包围的气态巨行星，这层雾霾非常厚，隐藏了雾霾之下的样貌细节，比如需要特殊探测器才能看到的云的分层。
哈勃太空望远镜. 图源：NASA
仅存的对于天王星结构的认知来源于旅行者2号探测器和哈勃太空望远镜。天王星大气层顶端是一层轻薄的气体，再向下，温度和气压逐渐升高。由于环境越来越极端，大气层逐渐过渡为一种超临界流体。这是一种不寻常的流体，结合了气体和液体的特征。在大气层的更深处，它的密度变得非常大，但不会变成纯粹的液体，而是保持介于气体和液体之间的特征，直到内核。天王星的内核是岩石，约为0.55倍地球质量，体积与地球相当。
成分和外观
天王星的流体物质绝大多数是氢和氦，以及少量的甲烷，也有水和氨。行星科学家认为氢和氦是以气体形式存在，其他成分则是以冰的形式存在。这不是说天王星是一个大部分物质被冰冻的行星，“冰”指的是天王星上与氢和氦相比沸点较高也较重的物质，这些物质以稠密的流体形式存在。事实上，科学家有时也称天王星为冰巨星而不是气态巨行星。
天王星的结构，从内到外依次是内核（岩石），地幔（水，氨，和甲烷组成的“冰”），大气层（氢，氦，甲烷气体），以及外层大气. © NASA
人眼看起来，天王星的外观并没有什么特色。在雾霾层下面，风暴和云带才在不同纬度形成。这些特征从可见光上是看不出来的，只有在红外波段才能探测到。红外探测器可以区分温度较高的区域和温度较低的区域，然后将这些区域用不同的假色彩标记出来供人研究。从这些图像上，可以看到在天王星的其中一个极点上有云盖，同时也有不明显的类似雷暴的云形成。
天王星看上去是蓝色的，因为大气上层的甲烷吸收了红色和橙色的光，留下蓝色光在不同物质颗粒间散射。而这些物质与阳光和甲烷互相作用，形成一种光化学烟雾。
天王星大气层厚约8000千米，表面平均温度约为零下220摄氏度。在大气层之下，是一片奇怪的海洋，由水，甲烷，和氨构成。科学家不确定这片海洋是否含有真正的液体或者固态冰，但他们认为天王星的中心是一个跟地球差不多大的岩石内核。
天王星的环
天王星环和卫星，白色实线和彩色表示13个环，分别为1986U2R/ζ、6、5、4、α、β、η、γ、δ、λ、ε、ν和μ。白色虚线表示卫星。图片来源：NASA
天王星最小的环的半径约为37000公里，最大的环的半径为97700公里。与土星又宽又亮的环不同，天王星的环又窄又暗，由成千上万小的冰和岩石碎片组成。对于这些碎片的黯淡，一个可能的解释是，它们被碳氢化合物覆盖了。天文学家认为这些碎片有可能来自于天王星的卫星，当它们被陨石撞击时，细小的碎片就飞了出来，然后形成了天王星环。
天王星的卫星
天王星有5个较大的卫星，分别是天卫一（Ariel），天卫二（Umbriel），天卫三（Titania），天卫四（Oberon），和天卫五（Miranda）。天卫三的直径约为1600千米，天卫四直径1530千米，天卫一和天卫二差不多大，前者直径1168千米，后者直径1175千米。天卫五是它们之中最小的，直径是470千米。
天王星及其最大的6个卫星，从左到右分别是天王星，天卫十五，天卫五，天卫一，天卫二，天卫三，天卫四。 图源：Wikipedia
天王星还有很多较小的卫星，有些是由旅行者2号发现的，它们的直径没有超过162千米的，表面都较为黯淡。与天王星环一样，它们可能都被黯淡的碳氢化合物覆盖。其他卫星是用地面望远镜和哈勃太空望远镜发现的，截至2004年，共发现了27颗卫星，将来可能会发现更多。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. xeno- thetimenow
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