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天文学世界的恩宠天王星（第1页）

天文学世界的恩宠——天王星

天王星是太阳系的第7颗行星，在太阳系的体积是第三大（比海王星大），质量排名第四（比海王星轻）。它的名称来自古希腊神话中的天空之神乌拉诺斯，是克洛诺斯（农神）的父亲，宙斯（朱比特）的祖父。

天王星也是第一颗在现代发现的行星，虽然它的光度与5颗传统行星一样，亮度是肉眼可见的，但由于较为黯淡而未被古代的观测者发现。

*天王星的发现与命名

在被发现是行星之前，天王星已经被观测了很多次，但它早被当做恒星来看待了。最早的纪录可以追溯至1690年，在星表中约翰·佛兰斯蒂德将他编为金牛座34，并且至少进行了6次观测。在1750～1769年法国天文学家PierreLemonnier也至少观测到了12次，包括一次连续4夜的观测。

1781年3月13日，在他位于索美塞特巴恩镇新国王街19号自宅的庭院（现在是赫歇尔天文博物馆）中，威廉·赫歇尔观察到这颗行星，但在1781年4月26日最早的报告中，他将之称为彗星。通过他自己设计的望远镜，赫歇尔对这颗行星进行了一系列视差的观察，并记述到：“在与金牛座ζ成90°的位置……有一个星云样的星或者是一颗彗星”。他在3月17日写到：“我找到一颗彗星或星云状的星，并且由它的位置变化发现是一颗彗星”。而当他将自己的发现提交给皇家学会时，虽然委婉的表示那比较像行星，但仍然声称是发现了彗星。

然而，当赫歇尔以彗星继续称呼他的新对象时，其他天文学家已经表示怀疑了。苏联天文学家AndersJohanLexell估计，这颗星球至太阳是地球至太阳的距离的18倍，而在近日点4倍于地球至太阳距离之外，从来没有观测到彗星。柏林天文学家约翰·波得描述赫歇尔的发现像是“在土星轨道之外的圆形轨道上移动的恒星，可以被视为迄今仍未知的像行星的天体”。波得断定，这个以圆轨道运行的天体比彗星更像一颗行星。

很快，这个天体便被接受为一颗行星。1783年，法国科学家拉普拉斯证实，赫歇尔发现的的确是一颗行星。赫歇尔本人也承认了这个事实，他向皇家天文学会的主席约翰·班克斯说：“经由欧洲最杰出的天文学家观察，显示这颗新的行星，我很荣誉的在1781年3月指认出的，是太阳系内主要的行星之一。”为此，威廉·赫歇尔被英国皇家学会授予柯普莱勋章。

为了尊崇它的发现者，有天文学家建议将这颗行星称为“赫歇尔”。但是，波得赞成用希腊神话的乌拉诺斯，翻译成拉丁文就是天空之神，也就是中文中的天王星。波得认为，农神（土星）是宙斯（木星）的父亲，新的行星应称为农神的父亲。最早天王星的名称出现在官方文件中，是在赫歇尔过世一年之后的1823年。直到1850年，HM航海历才换用天王星的名称。

行星的命名多取自罗马神话，而天王星的名称是唯一取自希腊神话的。天文学中天王星的符号是AstronomicalsymbolforUranus，综合了火星和太阳符号，因为天王星是希腊神话的天空之神，被认为是由太阳和火星联合的力量所控制的。它在占星学上的符号，是Lalande在1784年建议的。

*天王星的物理特性

天王星主要组成元素为氢（83%），其次为氦（15%）主要由岩石与各种成分不同的水冰物质所组成。天王星不像土星与木星那样，有着岩石内核，它的金属成分分布在整个地壳之内，呈现为一种比较平均的状态。因为天王星的甲烷大气吸收了大部分的红色光谱所以它的表面呈现洋蓝色。

天王星的质量是类木行星中质量最小的，大约是地球的14。5倍，密度只比土星多一些，是1。29克cm3；虽然直径与海王星相似，但质量较低。这些数值显示，天王星主要由如水、氨和甲烷各种各样挥发性物质组成。

天王星的标准模型结构包括3个层面：中心的岩石核，中间的冰地函，最外面的氢氦外壳。相较之下，核只有0。55地球质量，是非常小的，半径不到天王星的20%；而地函则质量约为地球的13。4倍，是个庞然大物；而相对上最外层的大气层则不明确，大约扩展占有剩余20%的半径，但质量大约只有地球的0。5倍。

天王星的内热看上去明显低于其他类木行星，它在天文的项目中属于低热流量。目前。我们仍不知道天王星内部为何会有这样低的温度。天王星的远红外也就是热辐射部份释出总能量很大是大气层吸收自太阳能量的1。06±0。08倍。事实上，天王星只有0。042±0。047瓦米2的热流量，比地球内的热流量0。075瓦米2低很多。天王星对流层顶的温度最低温度纪录只有49K，这也让天王星成为太阳系的行星中温度最低的，比海王星还要冷。

*天王星的轨道与自转

观测发现，每84个地球年天王星就环绕太阳公转一周，与太阳的平均距离大约30亿千米，阳光的强度很低，只有地球的1400。拉普拉斯在1783年首次计算出来它的轨道元素，但最终发现预测和观测的位置是存在误差。在1841年，约翰·柯西·亚当斯首先提出，之所以出现误差，或许是因为一颗尚未被看见的行星的拉扯。勒维耶在1845年开始独立研究天王星轨道。1846年9月23日，在勒维耶预测位置的附近，迦雷发现了一颗新行星，也就是海王星。

天王星内部的自转周期是17小时零14分，但是它与所有巨大的行星一样，朝自转的方向上部的大气层可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度（比如说从赤道到南极的23路径）上，可以看见大气移动得非常迅速，完整的自转一周只要14个小时。

天王星倾斜的角度高达98°，自转轴可说是躺在轨道平面上的，这也使它有着与其他的行星完全不同的季节变化。相对于太阳系的轨道平面，其它行星的自转轴都是朝上的，而天王星的转动可以比作倾倒并且被辗压过去的球。当天王星在至日附近时，一个极点会持续的指向太阳，另一个极点则会背向太阳。要想体会到迅速的日夜交替，只有在赤道附近狭窄的区域内，但有如在地球的极区，太阳的位置非常低。运行到轨道的另一侧时，会将轴的另一极指向太阳。每一个极都会有极昼，能被太阳持续的照射42年，另外42年则处于极夜。太阳在接近昼夜平分点时，正对着天王星的赤道。天王星会和其他行星的日夜交替相似，在2007年12月7日，天王星经过了日夜平分点。

延伸阅读——天王星的卫星

目前，已发现27颗天王星的天然卫星，并且它们的名称都出自莎士比亚和蒲伯的歌剧中。其中5颗主要卫星的名称分别是：艾瑞尔、米兰达、泰坦尼亚、乌姆柏里厄尔和欧贝隆。威廉·赫歇耳在1787年3月13日发现了泰坦尼亚和欧贝隆（第一颗和第二颗），而另外2颗艾瑞尔和乌姆柏里厄尔，是威廉·拉索尔在1851年发现的。威廉·赫歇耳的儿子约翰·赫歇耳在1852年才为这4颗卫星命名。到了1948年，杰勒德P。库普尔发现第五颗卫星米兰达。

气体巨星中天王星卫星系统的质量是最少的，5颗主要卫星的总质量还不到崔顿的12。泰坦尼亚是最大的卫星，半径为788。9千米，还不到月球的一半，但比Rhea（土星第二大卫星）稍大些。这些卫星的反照率也相对较低，乌姆柏里厄尔约为0。2，艾瑞尔约为0。35（在绿光）。这些卫星都由冰和岩石组成（50%的冰和50%的岩石），冰也许包含氨和二氧化碳。

艾瑞尔上面只有少许的陨石坑，在这些卫星中有着最年轻的表面；乌姆柏里厄尔看起来最老。米兰达的断层峡谷深达20千米，层次呈梯田状，变化混乱，形成令人混淆的表面年龄和特征。有种假说认为，在过去米兰达可能遭遇过巨型的撞击，从而被完全的分解，然后又偶然重组起来。

1986年1月，“旅行者2号”太空船飞越过天王星，在稍后研究照片时，发现了Perdita和10颗小卫星。后来使用地面的望远镜也证实了这些卫星的存在。