天王星与太阳的平均距离约28亿7千万公里，绕太阳公转的平均速度为 每秒6.81公里，公转一周需84年。估算它的自转周期约为17.24小时。天王星的赤道面与轨道面的倾角为97度多，也就是说它的自转轴几乎倒在它的轨道平面上。因此，它的四季、昼夜同地球上的大不相同。在一个半球的“夏”季，它的极点几乎直对着太阳，而另一个半球则完全处于黑暗的“冬”季之中。这里所说的“夏”季和“冬”季，仅仅是用来区别它受到阳光照射，还是背着阳光。天王星离太阳很远，表面的有效温度只有零下211℃。所以，即使在受到阳光照射的“夏”季，也是十分寒冷的。上述自转轴这种奇特的倾倒是太阳系起源学说中一个难以解决的问题。
天王星存在着浓密的大气。在望远镜中，天王星是一个蓝绿色的圆面。大气层连续不断地延伸到几千公里高空，最下层十分像是甲烷冰云，而上层成分则主要为氢和氦。用放在高空气球上的口径为90厘米的望远镜拍得的高分辨率照片表明，天王星表面除了很强的、对称的临边昏暗现象以外，没有其他形态特征。这说明天王星上到处都覆盖着厚厚的云层。科学家通过仪器观测，确认了氢和甲烷分子的存在。根据理论推断，天王星上应当存在有大量的氨分子和水分子，估计那里也可能有相当数量的氦和氖，然而至今均未找到。这可能有两个原因：一是这些元素的吸收带被很强的甲烷吸收带掩盖住了；二是天王星上很冷，它们可能是“雪化”的气体，存在于大气中较深的内层，光谱无法探测。氢分子是天王星大气的主要成分。根据理论推测，天王星上的氢气的质量大约是地球上所有气体的质量的50倍。与氢相比，甲烷是少的。天王星大气中存在着云层，通过光谱、光电、无线电测量对它的顶部云层进行了一些研究。初步认为，天王星具有一个温度较高的同温层和一个很冷的对流层顶。在对流层的下面，可能有两个云层：甲烷层和氨层，基于对临边昏暗现象的观测，证明后者的存在，而甲烷云层则是稀薄的或者破碎的。在这个寒冷的行星上，还没有发现它有内部的热源，在大气中也没有热的反向传输，而这些在木星、土星等行星上都找到了。天王星上的气候变化可能比地球上小得多。因为太阳离它很远，促使气候变化的能量是非常小的。旅行者二号发现天王昨表面有时会出现几片云，风速每小时300公里。由于天王星大气成份中的甲烷吸收红光，令天王星变成蓝绿色。因此，以可现光来看，天王星的风暴也是不易察觉的。
至今尚未建立起一个良好的天王星内部结构模型，足以完满地解释迄今所观测到的事实：半径、密度、扁率等等。有一种天王星结构模型认为：天王星的核心由1/2～1个地球质量的岩石物质组成，其中的铁化合物可能是磁场的基础。这个核心的温度大约是二三千度，科学家发现天王星同木星一样有射电爆发。产生射电爆发的机制，可能和天王星有一个强磁层有关。行星体内部存在一个实在的磁场，才能产生这个磁层。这一观测事实对认为天王星内存在着岩石和金属铁核心的模型是有利的。在天王星的核心以外，是一个很厚的冰幔──主要是水冰和氨冰。它一直伸展到2／3视半径的地方。冰幔的质量或许占总质量的50％左右。冰幔外面是分子氢层，再向外就是很厚的大气层。大气中的主要成分是氢和氦。大气层虽然延伸很远，却只有行星总质量的20％。天王星与巨行星──木星和土星不同，巨行星的主要成分是氢,占总质量的80～90％左右；天王星与类地行星也不同，类地行星的大气层的质量是微乎其微的，而天王星的大气层却是很厚的。有人认为天王星是一个气态行星，大气层由83%氢、15%氦及2%甲烷组成。天王星的核心由岩石组成，氨、水和甲烷的混合气体包围着核心。因此，天王星是我们所知，最平滑的行星。
天王星和海王星、冥王星在质量、密度、大气组成、内部结构方面都有相似之处,构成了另一群行星── 远日行星。它们既不同于巨行星──木星和土星，也不同于类地行星。是什么样的演化过程使得太阳系中从内到外形成了类地行星、类木行星以及介于类地行星和类木行星之间的远日行星？这是太阳系的起源和演化学说必须回答的问题，因此，关于天王星等远日行星的研究对解决太阳系的起源和演化问题是十分重要的。
1977年3月10日，发生了天王星掩恒星的罕见天象。美国和中国、澳大利亚、印度、南非都对这一天象进行了观测。结果意外地发现了天王星环。这是继1930年发现冥王星之后，太阳系内的又一重大发现。
天王星环非常暗弱，即使在大型望远镜中，也从未看到过和拍摄到过。可是，在这次掩星观测过程中，当天王星与恒星的星像相距甚微但尚未重合时，光电记录仪上却意外地记录到次级掩。科学家们综合分析了几个天文台的观测资料，肯定在天王星周围存在着由细小的微粒组成的环带。当时发现了五个环。对观测资料的进一步分析，以及随后对另两次天王星环掩星事件的观测及1986年美国旅行者2号探测器的发现，进一步确认，天王星有11条环。这11条环宽窄、密度不一，各窄环间还有一些宽的尘带。这些环中有3个是圆形的，其余是椭圆形。所有这些环主要由直径约1米的暗物质团块组成，其成分还不知道。科学家推测它们是岩石碎片、水冰以及某种黑色聚合物的混合体。这就是它们呈炭黑色且反光率低的原因。在环带之间的空隙充满了改建亮的尘粒。这些环的半径从3万多公里到5万多公里不等。环的宽度从一、二公里到2千多公里不等，厚度100米左右。离天王星中心越近的地方越狭窄。
[ 本帖最后由 寻找拉玛 于 2007-8-26 09:45 编辑 ] |
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