海王星通常被稱(chēng)“氣體巨人”，近年來(lái)又被成為“冰巨人”。天王星的“表面”實(shí)際上只是巨大的云層的頂部，覆蓋著一層甲烷煙霧。而內(nèi)部是一個(gè)微小的巖石核心，大部分由鐵和一些硅酸鹽巖石混合而成。海王星有四季，至少有27天然衛(wèi)星。

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天王星因其主要由氫氦氣體組成而得名“氣體巨星”。但近幾十年來(lái)，由于天王星的大氣和地幔層里有大量的冰，天文學(xué)家開(kāi)始稱(chēng)它為“冰凍巨星”。

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（紅外光下看到的天王星。它的大氣層中有風(fēng)暴在旋轉(zhuǎn)，行星被一套薄薄的環(huán)環(huán)繞著。圖片來(lái)源：NASA）

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從它在1781年被William Herschel?（威廉·赫舍爾）發(fā)現(xiàn)的時(shí)候開(kāi)始，這個(gè)遙遠(yuǎn)的世界就是一個(gè)解不開(kāi)的迷。這顆行星還被提議了好幾個(gè)名字，包括以發(fā)現(xiàn)者名字命名的“赫舍爾”。最終，還是選擇了Uranus（發(fā)音：YOU-ruh-nuss）這個(gè)名字實(shí)際上是來(lái)自古希臘的天神烏拉諾斯，他是眾神中最偉大的神——宙斯的爺爺。

直到Voyager 2 （遠(yuǎn)航者2號(hào)）在1986年駛過(guò)，這顆行星才被探測(cè)到。這項(xiàng)任務(wù)讓所有人見(jiàn)識(shí)到了這顆巨大的氣體世界是一個(gè)復(fù)雜的地方。

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地球視角下的天王星

不想木星和土星那樣，天王星并不能用肉眼看見(jiàn)。最好用望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察，但即使這樣，它看起來(lái)也不是特別有意思。然而，行星觀(guān)察者們卻很喜歡在天空中搜尋它的蹤跡，一個(gè)很棒的桌面天文館系統(tǒng)或者天文學(xué)程序能夠給出方法。

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（天王星在天空中是一個(gè)非常小的光點(diǎn)。 攝影者：Carolyn Collins Petersen）

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數(shù)字下的天王星

天王星離太陽(yáng)非常遙遠(yuǎn)，在大約25億千米的軌道上運(yùn)行。因?yàn)檫@遙遠(yuǎn)的距離，天王星繞太陽(yáng)一周需要84年時(shí)間。它的運(yùn)行速度太慢以至于像赫舍爾這樣的天文學(xué)家都無(wú)法確認(rèn)它是否是太陽(yáng)系的一部分，它的外觀(guān)看起來(lái)也像一個(gè)不會(huì)移動(dòng)的行星。但是最終，經(jīng)過(guò)好幾次的觀(guān)測(cè)，赫舍爾得出結(jié)論，認(rèn)為它是一顆彗星，因?yàn)樗_實(shí)在移動(dòng)，并且看起來(lái)有些模糊。后來(lái)觀(guān)測(cè)站表示，烏拉諾斯確實(shí)，是一顆行星。

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（宇宙邊界 圖片來(lái)源：Stringer/Archive Photos/Getty Images）

盡管天王星的組成大多數(shù)是氣體和冰，但其組成物質(zhì)的絕對(duì)總數(shù)使得這顆行星十分的巨大：質(zhì)量大約是地球的14.5倍，赤道周長(zhǎng)大約為116.059萬(wàn)千米，是太陽(yáng)系第三大行星。

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天王星的外部

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（遠(yuǎn)航者號(hào)視角下的天王星可見(jiàn)光圖（左），看起來(lái)很普通。右圖是對(duì)極地地區(qū)的紫外線(xiàn)研究，當(dāng)時(shí)是指向太陽(yáng)的。這臺(tái)儀器能夠透過(guò)模糊的高層大氣，看到圍繞在行星南極地區(qū)的清晰的云結(jié)構(gòu)。）

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天王星的表面其實(shí)只是它巨大云層的頂部，被一層甲烷霧所覆蓋。是極寒之地，溫度能低至47K（相當(dāng)于零下224攝氏度）。這使得天王星擁有太陽(yáng)系最寒冷的大氣層。同時(shí)也是風(fēng)力最大的地方，劇烈的大氣運(yùn)動(dòng)能夠造成巨大的風(fēng)暴。

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即使沒(méi)有任何大氣發(fā)生改變的可視化的線(xiàn)索，天王星也的確擁有四季和天氣。只是它們和其他任何一處地方的都不一樣，它們更長(zhǎng)。天文學(xué)家已經(jīng)觀(guān)察到了行星周?chē)茖拥淖兓?，特別是兩極地區(qū)。

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為什么天王星的季節(jié)會(huì)不同呢？是因?yàn)樘焱跣抢@日旋轉(zhuǎn)，它的軸線(xiàn)傾角剛好超過(guò)了97°。在一年之中，極地地區(qū)被太陽(yáng)照耀著氣溫較暖，而赤道地區(qū)則背對(duì)著太陽(yáng)。在天王星年的其他時(shí)間里，極地地區(qū)背對(duì)著太陽(yáng)而赤道地區(qū)被照耀著。

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這個(gè)詭異的傾角就表明在很久以前天王星上發(fā)生了非常糟的事情。對(duì)于兩極被翻倒最像的解釋是幾百萬(wàn)年前與另一個(gè)世界的毀滅性碰撞。

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天王星的內(nèi)部

就如它鄰里的其他氣體巨星一樣，天王星由幾種氣體表層組成。最上面一層大多數(shù)是甲烷和冰，大氣層的主體大部分是氫氣氦氣和甲烷冰。

外層的大氣和云層遮住了地幔層。它主要由水，氨和甲烷組成，這些物質(zhì)大部分以冰的形式存在。它們圍繞著一個(gè)微小的巖石核心，大部分是由鐵和硅酸鹽巖石混合而成。

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（像其他氣態(tài)巨星一樣，天王星大部分是不同形式的氫和氦，有一個(gè)巖石核心和厚厚的外部大氣層。圖片來(lái)源：NASA/Wolfman/Wikimedia Commons）

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天王星及其附屬的環(huán)和衛(wèi)星

天王星被一個(gè)由黑色顆粒組成的薄環(huán)圍繞著，它們很難被看見(jiàn)，直到1977年才被發(fā)現(xiàn)。行星科學(xué)家選擇了高海拔天文臺(tái)Kuiper Airborne Observatory（KAO，柯伊伯機(jī)載天文臺(tái)）中的一個(gè)特殊的望遠(yuǎn)鏡來(lái)研究行星的外大氣層。天王星環(huán)很幸運(yùn)的被發(fā)現(xiàn)了，環(huán)的數(shù)據(jù)對(duì)遠(yuǎn)航者任務(wù)計(jì)劃——在1979年發(fā)射雙子太空飛船起到了很大的幫助。

天王星環(huán)是由冰塊和塵埃組成的，這些東西看起來(lái)很像前衛(wèi)星的一部分。在遙遠(yuǎn)的過(guò)去發(fā)生過(guò)一些事情，很有可能是碰撞。環(huán)的顆粒則是環(huán)繞的衛(wèi)星留下的。

天王星擁有至少27顆自然衛(wèi)星。其中一些衛(wèi)星的環(huán)繞軌道在環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部，其他的則在環(huán)外更遠(yuǎn)的地方。最大的幾顆衛(wèi)星叫Ariel, Miranda, Oberon, Titania 和 Umbriel。它們都是以威廉·莎士比亞和亞歷山大·蒲伯筆下的角色名字命名的。有趣的是，這些小行星們?nèi)绻皇抢@著天王星旋轉(zhuǎn)的話(huà)，都能夠被當(dāng)作矮行星。

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天王星的探索

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（藝術(shù)家設(shè)想的天王星的樣子就像1986年遠(yuǎn)航者號(hào)飛過(guò)時(shí)的樣子 圖片來(lái)源：Historical / Getty Images）

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行星科學(xué)家們?nèi)匀辉诘孛婊蛘呤褂霉h(yuǎn)鏡研究著天王星，目前天王星最好最細(xì)致的圖像來(lái)自于Voyager 2?spacecraft.（遠(yuǎn)航者2號(hào)），它在1986年前往海王星時(shí)飛過(guò)天王星。觀(guān)測(cè)者們用哈勃望遠(yuǎn)鏡研究學(xué)習(xí)大氣層的變化情況，并且觀(guān)察到了天王星極低出現(xiàn)的極光。這段時(shí)間沒(méi)有對(duì)這顆行星的更多研究任務(wù)。未來(lái)某一天或許會(huì)有一個(gè)探測(cè)器進(jìn)入到這個(gè)遙遠(yuǎn)世界的軌道上，給科學(xué)家一個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)長(zhǎng)期研究行星大氣層，環(huán)和衛(wèi)星。

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作者: John P. Millis, Ph.D

FY: 洛冉

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