独特的天王星
天王星的亮度是5.7等，有时在晴朗的夜晚能够看到天王星，它的公转周期相当缓慢，每84年绕太阳一周，平均每天只移动46″，不容易与恒星区分，历史上曾多次把天王星误认为是恒星而被载入星图。
天王星
天王星在古老的希腊神话中，被当作是第一位统治整个宇宙的天神——乌刺诺斯。他和地母该亚结合，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。因他地位显赫，译成中文便是天王星。
200多年前，一位英国音乐教师、天文爱好者，后来成为举世闻名的大天文学家威廉·赫歇耳，用自己制造的天文望远镜发现天王星时写下的。“1781年3月13日，星期二晚上10～11点钟，我正考察双子座H星附近一群小星时，发现了一个异常明亮的星。我将它同双子座H星及双子、御夫座之间的小星做比较，发现它比任何一个都亮。我怀疑它可能是一颗彗星。当我首次看到这颗彗星时，用的是227倍的天文望远镜。根据经验，我知道恒星的直径不随放大率的增高而增大。而行星正相反。因此，我换上460倍和932倍的目镜观测。发现它的直径随放大率的增高而增大。”这是1781年3月13日夜晚，他在院子里与他的妹妹用自制的反射式望远镜观察星空时，偶然间在双子座发现了一颗与众不同的淡绿色的星星，心中不免惊颤。这是一颗什么星呢？他让妹妹将观察内容记录了下来，连续几天的跟踪观测使他确认，所发现的一定是太阳系的天体，可能是彗星。于是他把一篇题为《一颗彗星的报告》的论文递交给英国皇家学会。
两年以后，法国科学家拉普拉斯认证并且公布了威廉·赫歇耳发现了太阳系的新行星。天文学家们计算出这颗星的轨道，位于土星的外侧，从此，太阳系内的第七颗行星就被发现了。这是人类认识太阳之家具有划时代意义的大事。
天王星与太阳的平均距离约为29亿千米，是地球到太阳距离的近20倍，是土星到太阳距离的两倍。这样一颗行星的偶然发现，使人类对太阳系彊域的认识向外延伸了两倍的空间范围。这是对哥白尼建立的日心学说的重大发展。天王星绕太阳一周约84年。从发现到1996年，215年来，天王星绕太阳还没转满三圈。天王星的赤道半径约25900千米，体积是地球的65倍，在行星世界中仅次于木星和土星，居第三位。它的质量为地球的14.6倍，质量比海王星小，居第四位。密度为每立方厘米124克。
天王星在行星世界里，有独具一格的特征，即它的赤道面与它绕太阳公转的轨道面倾角为97°55′。这就是说，天王星的自转轴几乎是倒在它的轨道面上，以躺着的姿势绕太阳运动。这是太阳家庭中的又一大特例。以这样的姿势运动使天王星上的四季和昼夜现象复杂多变。首先，天王星的南北两极基本上在它的轨道面上，赤道面与其轨道面基本垂直了。有人戏称天王星是一个“被颠倒的行星世界”。当它的南极面向太阳的时候，南半球为夏季，南极点差不多被太阳直射，南半球见到太阳距地平的高度随纬度的减低而降低。而且在天王星自转过程中，太阳是不会从空中落下的。反之，当南半球是夏季时，又是日不落山的。相反，此时在北半球正是冬季，又是日不升起的漫长的黑夜。对天王星的两极来说，基本上是42年白天和42年的黑夜。关于天王星的自转周期，过去通过光谱分析测定为24小时，经“旅行者”2号测定为16小时28分钟。
1977年3月10日，发生了天王星遮掩恒星SAO158687的罕见天象，全世界许多国家的天文工作者都参加了观测。其中美国、中国、澳大利亚、印度和南非五国都同时发现天王星有像土星一样的光环。这是地面观测的一项重大发现，轰动了全世界。
最令人欢心鼓舞的是1986年1月“旅行者”2号对天王星的探测成果。“旅行者”2号是1977年8月20日由美国发射的。它于1979年7月考察了木星，1981年8月又探测了土星。在太空中边探测边飞行，历时8年零3个月，行程48亿千米，于1986年1月24日到达天王星附近，又开始繁忙的探测活动。从地球上观测天王星时，天王星最大的视直径仅有3″多一点。而今，“旅行者”2号飞达了天王星的身边，给我们送来的有关天王星的信息量超过其被发现以来205年的总和。难怪行星物理学家们对此感兴趣。探测表明：
天王星浓密的大气层是由氢和氦构成的甲烷云层，它吸取红光，使天王星呈现蓝绿色的光芒，甲烷上方是结晶体组成的浓雾。大气层的温度为-176℃，大气中有风暴云在移动。探测时天王星的南极正面向太阳，浓雾笼罩着它，因此，天王星的北极反而比南极温度高。此外，还发现由氢分于辐射出的紫外线辉光，叫电辉光。天王星也有磁场，但只有地球磁场强度的1％，也有辐射带。新发现10颗天王星的卫星，使天王星卫星总数达15颗。发现天王星光环是由二十几个同心环组成的。
这一系列的新发现使天王星声名大振，成为行星世界中耀眼夺目的行星。天王星是在土星外面绕太阳公转的。天王星自转方式非常奇特，像一个顽皮的孩子，躺在地上打滚似的。天王星横躺在轨道上一边打着滚，一边绕太阳转圈。天王星如此运动的结果是天王星上的春秋两季，有着快速的昼和夜的交替，约每隔16.8小时太阳就升起一次。而冬夏两季和春秋两季则决然不同，当天王星的南半球对着太阳时，南半球处于夏季，这时期的太阳总是在南半球上空转圈子，永不下落。整个夏季南半球始终是白昼。这时背向太阳的北半球则处于冬季，整个冬季要度过长达21个地球年的漫长黑夜，怪不得有人把天王星称作为“一个颠倒的行星世界”。在1977年之前，我们只知道天王星有5颗卫星，这5颗卫星几乎都在接近天王星的赤道面上，绕天王星转动。因为天王星的自转轴倾斜为98°角，这5颗卫星都成了逆行卫星。其中，天卫三和天卫四较大，直径分别为1000千米和1630千米，其余三颗比较小，最小的天卫五是1948年美国天文学家柯伊伯发现的，直径为484千米。天卫五的地形复杂，有高达24千米的山峰，凹凸不平的洞和数条线状的沟，它的成因迄今依然还是个谜。
1986年“旅行者”2号探测器造访了天王星，发现了10颗新卫星，使它的卫星数目增加了2倍，共计15颗，新发现的卫星都很靠近天王星，但都比较小，直径多在20～100千米之间。最大的一颗直径为160千米，此卫星被称为1985UI。只有这颗卫星是旅行者2号在飞往天王星的旅途中发现的。天王星的面目才稍稍揭开，还会不断有新的疑谜产生，这就需要天文学家长期不懈的努力，找出谜底。
天王星上的意外发现
土星美丽而奇特的光环早已是人所共知的事了，光环似乎成了土星的“专利”。直到本世纪70年代才打破了这种垄断现象。
1977年3月10日，在一次天王星掩恒星的天象观测中，天王星在天空缓慢移动，从天秤座中一颗编号为SAO158687号的暗恒星后面经过，出现了罕见的掩星天象。中国、美国、澳大利亚、印度和南非的天文台都抓住这难得遇到的机会进行观测。掩星前出现5次和掩星后出现5次忽暗忽亮现象。经过天文学家们的分析，确认天王星也有光环，是9条细环，宽度约10万千米。
1986年1月24日“旅行者”2号探测器以每小时72000千米的速度飞掠天王星时，又发现了天王星的11个环，纠正了9个环的认识。天王星共有20个环，不同的环有不同的颜色，给这颗遥远的行星增添了新的魅力。
天王星也具有辐射带，还有类似于在地球南北极出现的极光。隔16小时3分至16小时5分发生一次，说明天王星也有磁场。天王星磁场与其自转轴之间的倾角约为50°，其磁层中主要是由氢离子、氦离子和氨离子构成。自从1781年天王星被发现以后，人们发现天王星老是不守“规矩”，在绕太阳转圈的轨道上总是摇摇摆摆的，使众多的天文学家们感到迷惑，或许在天王星的外侧还有1颗大行星，由于它的存在，造成天王星的行动异常！
19世纪，许多天文学家们致力于搜索这颗“天外行星”的热门工作。当时有两位青年——英国亚当斯和法国勒威耶在互不知晓的情况下，分别进行了整整2年的计算工作，1845年亚当斯先算出“天外行星”的轨道，但是，格林尼治天文台却把他的论文束之高阁，错过了首先找到新星的良机。1846年9月18日，勒威耶把计算结果寄到了柏林，却受到了重视。柏林天文台的伽勒不失时机地搜索这颗“天外行星”，最终在勒威耶指出的位置附近发现了这颗新行星，这就是太阳系家族的第八颗大行星——海王星。
海王星的发现使太阳系的边疆又一次向外推移，达到了45亿千米之遥，同时，为哥白尼学说和牛顿力学提供了最好的佐证，成为科学史上一段脍炙人口的佳话。
探测飞船接近天王星
天王星绕太阳公转一周要用84年，平均运行速度为每秒8千米。它是太阳系内的第三颗大行星，从体积、质量和平均密度比较，它与木星有点类似，因此把它归入类木行星。科学家们据此推测天王星也没有坚实的固体外壳，星体完全由大气组成，主要成分是氢和氮，还含少量的氮和甲烷。
天王星距地球大约28亿千米，约相当于地球到土星距离的两倍多，因为它太遥远，所以人类对它知道得太少了。然而，它一系列奇怪的天文物理现象和固有的内部构造激起了科学家对它就近观察的强烈愿望。据目前观察，它的自转轴差不多躺在公转轨道平面内，所以当它的一个极几乎垂直地受到日光照射时，另一个极却落在漫长的黑夜里，只有在特定的一、二十年时间内才能观察到它的赤道区和扁球形状。
目前，人们从地面望远镜观察到天王星有9条淡淡的光环，并拥有5颗卫星，让人不解的是，它和其他行星卫星不一样，这些卫星有的左旋，有的右旋。据科学家们推测，天王星犹如当年逐渐冷却和凝聚过程中之地球，就近考察天王星会获得珍贵资料与信息，有利于探索太阳的起源和进化。
1986年1月24日，地球的使者“旅行者”2号探测飞船飞抵天王星近旁。
飞船在距天王星中心107020千米处，以每小时67820千米的速度飞越，对天王星进行了一系列科学探测和拍摄照片，获得大量科学资料。
飞船科学探测确认，天王星被汪洋大海所覆盖，其深度达8000千米，海水温度高达几千度。由于洋面上压着沉重的大气，因此超高温的海水不能沸腾；反过来，又恰恰由于这种超高温，才阻止了高压把海水“压凝”。天王星有极其丰富的大气，据探测资料，其大气层厚达几千英里，大气主要成分，确实是以前认为的氢，其次是氦，占大气的百分之十到百分之十五，其余为少量其他气体。大天王星大气的云层中发现有向外喷射的气流，这种气流有毒。大气中还有强烈的风暴，风速每小时达1600千米。此外，还发现天王星的太空中有“电辉光”，这在旅行者探测木星和土星时就曾有所发现。科学家们认为，电辉光可能和氢的存在有关。探测确定天王星自转周期为16小时58分，正负18分，而不是原来地面观测确认的23小时。
天王星的温度变化与地球相比有很大的不同。在地球上，温度高低与阳光的直射、斜射关系甚大，而在天王星上则不然。阳光普照的南极却比阴暗的北极要低。南极太阳照耀下高层大气温度为1800℃，黑暗的北极高层大气温度竟达2400℃。
探测结果表明，天王星由彗星构成的，这点不同于其他的近邻土星和木星，后两颗星都是由旋转的星云组成的。这一认识也和原来对天王星的看法不同。据探测资料，天王星的大气在彗星中也同样存在。科学家们认为，目前远离太阳的彗星，本来在天王星和海王星轨道上绕太阳运行，由于在引力作用下脱离轨道，最后在遥远的地方形成云雾；而留在天王星、海王星轨道上的数百万个彗星相结合便形成了天王星和海王星。构成天王星的彗星本来是巨大的冰块，只是在行星形成时，由于受高压和冲击的强力作用产生了高温，于是巨大的冰球便成了高温的水球了。
“旅行者”2号探测还揭开了天王星的两个谜。第一个谜，天王星虽没有坚实的固体外壳，是厚密大气包围下的超高温水球，但它的内核是和地球差不多大小的熔化岩心，其构成和地球决然不同，地球是以铁石为主，所以比重比天王星内核大得多。第二个谜，天王星也有磁场、不过强度较弱，过去认为天王星没有磁场，因而被认为是一个谜。天王星磁场扭曲且毫无规律，科学家分析，这可能是由巨大的海洋和岩心缓慢扰动而引起的。
对天王星光环也有新发现，光环总数不是地面观测到的9个，而是20个左右。光环之间有环缝，环缝中有颗粒很小的填充物。从摄下的彩色照片看，天王星的光环颜色不同，有红色的，也有蓝色的，但是整个来说，光环增多较暗。
对天王星的卫星也有新发现，在原来已知的30～70千米之间，飞船对原来的5颗卫星进行了测定，天卫一、二、三、四、五的直径现测定为：1180千米、1220千米、1620千米、1570千米和480千米。其中最令科学家惊讶的是天卫五。
“旅行者”2号飞船在距天卫五18000千米处飞过，共拍照片16秒钟。这些照片表明，天卫五不是标准的圆球星体，它的地形异常复杂，至少有10种不同地貌。它拥有高耸入云的山峰、幽深的峡谷、又长又深的裂缝、横亘的大山梁、令人生畏的悬崖、错落分布的环形山以及“流淌”着的冰川等。天卫五地形如此复杂丰富多彩，简直可以把它看成太阳系内卫星的总代表。
