天文|跨越太阳系的旅程：天王星_天王星|太阳系|卫星|科技|甲烷

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海王星通常被称“气体巨人” ，近年来又被成为“冰巨人” 。天王星的“表面”实际上只是巨大的云层的顶部，覆盖着一层甲烷烟雾。而内部是一个微小的岩石核心，大部分由铁和一些硅酸盐岩石混合而成。海王星有四季，至少有27天然卫星。
天王星因其主要由氢氦气体组成而得名“气体巨星” 。但近几十年来，由于天王星的大气和地幔层里有大量的冰，天文学家开始称它为“冰冻巨星” 。

（红外光下看到的天王星。它的大气层中有风暴在旋转，行星被一套薄薄的环环绕着。图片来源：NASA）
从它在1781年被William Herschel（威廉·赫舍尔）发现的时候开始，这个遥远的世界就是一个解不开的迷。这颗行星还被提议了好几个名字，包括以发现者名字命名的“赫舍尔” 。最终，还是选择了Uranus（发音：YOU-ruh-nuss）这个名字实际上是来自古希腊的天神乌拉诺斯，他是众神中最伟大的神——宙斯的爷爷。
直到Voyager 2 （远航者2号）在1986年驶过，这颗行星才被探测到。这项任务让所有人见识到了这颗巨大的气体世界是一个复杂的地方。
地球视角下的天王星
不想木星和土星那样，天王星并不能用肉眼看见。最好用望远镜观察，但即使这样，它看起来也不是特别有意思。然而，行星观察者们却很喜欢在天空中搜寻它的踪迹，一个很棒的桌面天文馆系统或者天文学程序能够给出方法。

（天王星在天空中是一个非常小的光点。摄影者：Carolyn Collins Petersen）
数字下的天王星
天王星离太阳非常遥远，在大约25亿千米的轨道上运行。因为这遥远的距离，天王星绕太阳一周需要84年时间。它的运行速度太慢以至于像赫舍尔这样的天文学家都无法确认它是否是太阳系的一部分，它的外观看起来也像一个不会移动的行星。但是最终，经过好几次的观测，赫舍尔得出结论，认为它是一颗彗星，因为它确实在移动，并且看起来有些模糊。后来观测站表示，乌拉诺斯确实，是一颗行星。

（宇宙边界图片来源：Stringer/Archive Photos/Getty Images）
尽管天王星的组成大多数是气体和冰，但其组成物质的绝对总数使得这颗行星十分的巨大：质量大约是地球的14.5倍，赤道周长大约为116.059万千米，是太阳系第三大行星。
天王星的外部

（远航者号视角下的天王星可见光图（左），看起来很普通。右图是对极地地区的紫外线研究，当时是指向太阳的。这台仪器能够透过模糊的高层大气，看到围绕在行星南极地区的清晰的云结构。）
天王星的表面其实只是它巨大云层的顶部，被一层甲烷雾所覆盖。是极寒之地，温度能低至47K（相当于零下224摄氏度）。这使得天王星拥有太阳系最寒冷的大气层。同时也是风力最大的地方，剧烈的大气运动能够造成巨大的风暴。
即使没有任何大气发生改变的可视化的线索，天王星也的确拥有四季和天气。只是它们和其他任何一处地方的都不一样，它们更长。天文学家已经观察到了行星周围云层的变化，特别是两极地区。
为什么天王星的季节会不同呢？是因为天王星绕日旋转，它的轴线倾角刚好超过了97° 。在一年之中，极地地区被太阳照耀着气温较暖，而赤道地区则背对着太阳。在天王星年的其他时间里，极地地区背对着太阳而赤道地区被照耀着。
这个诡异的倾角就表明在很久以前天王星上发生了非常糟的事情。对于两极被翻倒最像的解释是几百万年前与另一个世界的毁灭性碰撞。
天王星的内部
就如它邻里的其他气体巨星一样，天王星由几种气体表层组成。最上面一层大多数是甲烷和冰，大气层的主体大部分是氢气氦气和甲烷冰。
外层的大气和云层遮住了地幔层。它主要由水，氨和甲烷组成，这些物质大部分以冰的形式存在。它们围绕着一个微小的岩石核心，大部分是由铁和硅酸盐岩石混合而成。

（像其他气态巨星一样，天王星大部分是不同形式的氢和氦，有一个岩石核心和厚厚的外部大气层。图片来源：NASA/Wolfman/Wikimedia Commons）
天王星及其附属的环和卫星
天王星被一个由黑色颗粒组成的薄环围绕着，它们很难被看见，直到1977年才被发现。行星科学家选择了高海拔天文台Kuiper Airborne Observatory（KAO ，柯伊伯机载天文台）中的一个特殊的望远镜来研究行星的外大气层。天王星环很幸运的被发现了，环的数据对远航者任务计划——在1979年发射双子太空飞船起到了很大的帮助。
天王星环是由冰块和尘埃组成的，这些东西看起来很像前卫星的一部分。在遥远的过去发生过一些事情，很有可能是碰撞。环的颗粒则是环绕的卫星留下的。
天王星拥有至少27颗自然卫星。其中一些卫星的环绕轨道在环系统内部，其他的则在环外更远的地方。最大的几颗卫星叫Ariel, Miranda, Oberon, Titania 和 Umbriel 。它们都是以威廉·莎士比亚和亚历山大·蒲伯笔下的角色名字命名的。有趣的是，这些小行星们如果不是绕着天王星旋转的话，都能够被当作矮行星。
天王星的探索

（艺术家设想的天王星的样子就像1986年远航者号飞过时的样子图片来源：Historical / Getty Images）
行星科学家们仍然在地面或者使用哈勃望远镜研究着天王星，目前天王星最好最细致的图像来自于Voyager 2 spacecraft.（远航者2号），它在1986年前往海王星时飞过天王星。观测者们用哈勃望远镜研究学习大气层的变化情况，并且观察到了天王星极低出现的极光。这段时间没有对这颗行星的更多研究任务。未来某一天或许会有一个探测器进入到这个遥远世界的轨道上，给科学家一个机会来长期研究行星大气层，环和卫星。
作者: John P. Millis, Ph.D
FY: 洛冉
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