奇特复杂的天王星

奇特复杂的天王星

科学档室

天王星是一颗远日行星，也是太阳系中第三大行星，按照距离太阳的由近及远排名第七。在西方，天王星被称为“乌拉诺斯”，他是第一位统治整个宇宙的天神。他与地母盖娅结合生下了后来的天神，是他费尽心机将混沌的宇宙规划得和谐有序。

对于天空中的星体，人们充满了好奇。伽利略曾经指出，天上的星星不计其数，但是由于亮度较小，所以不使用望远镜是根本看不到的，另外还有可能存在暗行星，他的话在当时并未引起人们的关注。1781年3月13日，赫歇耳在测量恒星的位置时，在双子星座中看到了小光盘，他开始以为那是遥远的彗星，因为只有彗星才会在望远镜下呈现出圆盘的形状，不过彗星是模糊的，这颗星的轮廓却非常清晰，它们之间存在很大区别。相对于恒星背景而言，新星体的移动速度比土星还慢，因此它必然比土星更遥远，看起来也更加暗淡。这颗新星体逐渐引起世界的重视，最终被命名为乌拉诺斯，1850年，这个名字得到世界的认同。

奇特复杂的天王星

天王星呈蓝绿色，其赤道半径为25900千米，体积是地球的65倍，比海王星略大，质量是地球的14．63倍，比海王星略小。天王星以平均每秒6．81千米的速度绕太阳公转，公转的轨道是椭圆，轨道半径长29亿千米，公转一周要84年，自转周期则短得多，仅为15．5小时。天王星是一个美丽的星球，由于自转速度很快，导致了大气的急速流动，所以星球表面出现发白的蓝绿色光彩和与赤道不平行的条纹。太阳系中的所有行星都遵循共同的原则，这就是自转轴与公转轨道面接近垂直的运动，但是天王星是个例外。天王星的自转轴与公转轨道面平行，赤道面与公转轨道面的交角达97度55分，它几乎是躺着绕太阳运动，所以人们称其为颠倒的行星。

通过地面探测和空间探测，我们可以知道天王星的大气层由氢和氦组成，氢是最主要的成分，氦的含量为10%～15%，除此之外，还有很多其他气体。天王星的同温层温度较高，对流层温度较低，高度为6000千米的地方的大气温度为750℃。由于天王星离太阳很远，它接受的太阳能只有地球的2‰，因此表面温度极低，大约仅为－211℃。科学家们经过计算，得知如果仅靠太阳光，天王星不可能达到这个温度，因而可能存在其他能源。天王星的密度很小，仅为1．19克每立方厘米，表面重力加速度比地球略大，物体的速度要达到21．22千米每秒的速度才能脱离天王星。由于逃逸速度太大，气体很难顺利地逃脱掉，天王星因此而束缚住大量大气，表面拥有厚厚的大气。

刚才说过，天王星与太阳距离遥远，那么到底有多远呢？经过科学家们的测量，得知这个距离为2．9×10⁹千米，是土星到太阳平均距离的2倍。由于天王星距离遥远，体积比较小，所以看上去它比土星和木星暗很多，单凭肉眼是很难观察到它的。不过如果我们在黑暗的夜晚，找到适当的方位进行观察，即使不用望远镜也可以看到这颗行星，但为什么我国古代的天文学家们没有发现它呢？他们当然发现过，只是当时大家认为行星应该很亮，而这颗暗星显然不符合行星的要求。即使人们连夜地观看它，也很难看到它的位置变化，因为它的移动速度太慢，很多人不会把它归为行星。最重要的是，早期的望远镜不太好，即使瞄准了正确的方向，天王星也只是显现为清楚的小圆盘，很多人把它误解为彗星，天王星就这样年复一年地被忽视。

天王星和地球的赤道面与轨道面

1690年时，英国的科学家弗拉姆斯蒂德发现了一颗新星，它位于金牛座上，被命名为金牛座34，但在此之后，天文学家们始终没有找到这颗星。天王星被发现之后，科学家们计算出了它的轨道，按今天已知的天王星轨道逆推回去，在弗拉姆斯蒂德时代，天王星确实处于他所报告的金牛座34的位置上。五十多年过去以后，法国的天文学家勒莫尼埃也曾观察到天王星，他在13个不同的时刻观察天王星，发现它处于13个不同的位置，不过当时他并未意识到自己观察到的是一颗行星，而误以为看到了13颗不同的恒星，这对天文学来说是一种遗憾。

弗拉姆斯蒂德发现的天王星位于金牛座

由于天王星与其他行星有所不同，它是一个颠倒的行星世界，所以它有很多独特之处。天王星的南北两极位于其轨道面上，赤道面与轨道面基本垂直。当它的南极朝向太阳时，南半球表现为夏季，南极点几乎受到太阳光直射，南半球见到的太阳随纬度的减低高度也会有所降低。在天王星自转的过程中，南半球几乎每时每刻都能见到太阳，也就是说南半球基本都是白天。与此相反，天王星的北半球此时正处于冬季，天气非常寒冷，太阳也总是处于地平线以下，北半球过着漫长的黑夜。天王星绕太阳运行的轨道很大，并且速度极其缓慢，对天王星两极来说，它们要过相当于地球上四十二年的白天和四十二年的黑夜。

天王星的五彩光环

1977年3月10日，出现了罕见的天王星掩恒星的天象，中国、美国、澳大利亚、印度和南非的天文台都抓紧时间对其进行观测，只见天王星在天空缓慢移动，从天秤座中的暗恒星后面经过，出现了罕见的掩星天象，掩星前后分别出现5次忽暗忽亮现象。天王星和土星存在共同点，这就是天王星也有美丽的光环。天王星的光环非常复杂，由20条细环组成，每条细环的颜色都不相同，看起来色彩斑斓，异常美丽。20世纪70年代，人类发现了天王星的光环，土星是太阳系唯一具有光环的行星这一观点被打破。

天王星光环是继土星光环之后第一个被发现者，这一发现十分重要，人类由此得知，光环不是土星的专利，它是行星的普遍特征。天王星的光环非常薄，非常疏，非常暗，其光环的亮度仅为土星环的1／3000000，正因为如此，难怪人们以前从未观察到天王星的环。在木星的光环被发现以后，人们开始认为光环根本不是特殊的现象，大概所有的气体巨行星都有自己的环系，只是现在人类并未发现它们而已。

除了氢和氦之外，天王星还由岩石和各种各样的冰组成。木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后，其内核与天王星和海王星在很多方面非常相像。虽然天王星不像木星和土星那样存在由岩石组成的内核，但是其物质分布却几乎相同。与其他所有的气态行星相同，天王星有带状的云围绕着它快速飘动，但是这些带状的云太微弱，以至只能由“旅行者2”号经过加工的图片才可以看得出来。根据哈博望远镜的观察显示，天王星的条纹比以前观察的更大更明显，有些科学家认为，之所以会出现这种差别，是由于季节作用的原因。

天王星内部构造图

知识链接

威廉·赫歇耳是英国著名天文学家，他不仅是天王星的发现者，也是恒星天文学的创始人，人们称其为恒星天文学之父，他无愧于这个称号。1738年11月15日，赫歇耳在德国汉诺威出生，后来移居到英国，并加入英国国籍。由于父亲的影响，赫歇耳早年是音乐师，但是出于对天文学的热爱，他经常利用业余时间钻研天文学，因此很早便在天文学领域取得显著的成就，这成就了他后来的伟大发现。

赫歇耳出生的家庭是音乐世家，父亲是著名的音乐家。当赫歇耳刚满14岁时，他便加入了父亲所在的仪仗队，后来在该乐队中担任演奏员。1758年，赫歇耳从德国迁居英国，他在担任音乐师的同时，对天文学有着强烈的爱好。由于本职是音乐师，赫歇耳必须花大量时间应付本职工作，但他一有时间便对天文观测设备进行研究，他用于观测的设备全部由自己设计，并且都是自己制造的。反射镜是天文望远镜的核心设备，赫歇耳亲手将其磨制出来。作为乐师，赫歇耳必须把大量时间花在排练和演出上，但是磨制到好镜片需要大量时间。因此他不敢荒废任何业余时间，为了利用吃饭的时间，他让他的妹妹在每次吃饭时喂他，以便他能腾出双手磨制镜片。

1774年3月，在妹妹卡洛琳的协助下，赫歇耳自行设计和建造了第一架反射望远镜，其口径约为12．7厘米，焦距约为1．7米，同时省去了牛顿式平面副镜，这样做可以减少失光，后世称其为赫歇耳式望远镜。这架反射望远镜得来不易，它花费了赫歇耳一年的心血，经历了无数次试验、失败、再试验。赫歇耳选用不同配方的铜锑镍合金为镜胚，研磨、断裂、再研磨，滴滴汗水浸湿了镜片，送走黑夜又迎来晨曦。赫歇耳终于获得了成功，从此一发而不可收，1776年的一年时间里，他先后建成了3架自用望远镜，其中最长的有6米，在当时真可算得上是庞然大物。这个庞然大物该如何掌握呢？赫歇耳具备高超的操作技术。

1781年，赫歇耳用自制的2．1米望远镜发现了天王星，他从此声名大振，订单如雪片般飞来，其中有很多是各国天文学家和王室的订货。为了让自己能够看到银河系边缘的世界，赫歇耳决心研制威力更大的仪器。当地铸造厂无法提供口径超过30厘米的金属镜坯，他就在宅邸的地下室砌筑冶炼炉灶，熔锻合金材料，经过了无数次的失败之后，他终于浇铸出大镜胚。1781年，赫歇耳建成了长达9．1米的望远镜，镜面口径约为91厘米。两年后，镜面口径增加为1．2米，这是他研制的最大的望远镜，也是当时的世界之最，这引起了世界的轰动。

除了天文学上的成就之外，赫歇耳在其他方面也有所建树。1800年，赫歇耳在对太阳进行观测时，用灵敏温度计比较太阳光谱中不同部分的加热能力，发现越向光谱的红端移动，温度升得越高，在红端之外的地方，也能测到逐渐升高的温度，他由此得出了太阳光谱中存在着不可见射线的结论。通过研究各种颜色的玻璃对光和热的透过程度，赫歇耳发现光谱的红外部分具有最强的热作用，红外线就这样出现在人类世界中。虽然红外线的发现只是赫歇耳天文学研究的副产品，但是光学研究领域由此拓宽了许多，物理发展的脚步加快了许多。

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1楼　　昵称：简单美

天王星有多少颗卫星，能否详细介绍一下？

2楼　　昵称：凡人无忧

在1977年之前，我们只知道天王星有5颗卫星，它们绕天王星转动，几乎都在接近天王星的赤道面上。天王星的自转轴倾斜角为98度，这5颗卫星都是逆行卫星，其中天卫三和天卫四较大，直径分别为1000千米和1630千米，其余3颗比较小，最小的天卫五直径为484千米。1997年，天王星的卫星数量增长为17颗，其中有15颗已命名和2颗尚未命名。随着时间的推移，天王星的卫星数量还在增长。

3楼　　昵称：回忆录

天卫一上有巨大的峡谷、盆地和沟槽；天卫二是黑色的天体，上面有白斑和陨石坑；最大的天卫三上有白色的覆盖物，还有直径约400千米的大环形山；天卫四上有山峰、沟、谷和陨石坑。

4楼　　昵称：幻想天亮

天卫五的地形复杂，有高达24千米的山峰，还有各种各样的洞和沟。1986年，“旅行者2”号探测器造访了天王星，发现了12颗新卫星，新发现的卫星都很靠近天王星，直径多在20～100千米之间。

轻松驿站

人类的第六颗行星天王星以乌拉诺斯为名，它是人类通过望远镜发现的行星，英语中铀也来源于此神。关于天空之神乌拉诺斯，有两种不同的传说。

第一种传说：乌拉诺斯是阿特兰特人的第一代国王，他居住在大洋河的岸边，并且教给本族人民文明和文化知识，他有非常渊博的天文知识。乌拉诺斯对星体的运动进行研究，在此基础上制出第一个日历，并且预告了今后世界上将要发生的重大事件。乌拉诺斯在死后被尊奉为神，并逐渐演变为天空之神。

第二种传说：乌拉诺斯从大地母亲盖娅的指端诞生，他象征希望、未来和天空。大地母亲盖娅在太阳自东方升起时许下诺言，要将希望的种子植入在地球上出生的生命，混沌于是把乌拉诺斯赐给大地母亲盖娅，并以此代表希望。