天王星，为太阳系八大行星之一，是太阳系由内向外的第七颗行星，其体积在太阳系中排名第三（比海王星大），质量排名第四（小于海王星），几乎横躺着围绕太阳公转。

天王星大气的主要成分是氢、氦和甲烷。据推测，其内部可能含有丰富的重元素。地幔由甲烷和氨的冰组成，可能含有水。内核由冰和岩石组成。天王星是太阳系内大气层最冷的行星，最低温度只有49K（-224℃）。

与在古代就为人们所知的五颗行星（水星、金星、火星、木星、土星）相比，天王星的亮度也是肉眼可见的，但由于亮度较暗、绕行速度缓慢并且由于当时望远镜观测能力不足，未被古代的观测者认定为是一颗行星。直到1781年3月13日，威廉·赫歇耳爵士宣布他发现了天王星，首度扩展了太阳系已知的界限，这也是第一颗使用望远镜发现的行星。

一：发现历程

天王星在被发现是行星之前，已经被观测了很多次，但都把它当作恒星看待。最早的纪录可以追溯至1690年约翰·佛兰斯蒂德在星表中将他编为金牛座34，并且至少观测了6次。

威廉·赫歇尔在1781年3月13日于他位于索美塞特巴恩镇新国王街19号自宅的庭院中观察到这颗行星（赫歇尔天文博物馆），但在1781年4月26日最早的报告中他称之为彗星。在3月17日，他注记着：“我找到一颗彗星或星云状的星，并且由他的位置变化发现是一颗彗星”。当他将发现提交给皇家学会时，虽然含蓄的认为比较像行星，但仍然声称是发现了彗星。

在1783年，法国科学家拉普拉斯证实赫歇尔发现的是一颗行星。赫歇尔本人也向皇家天文学会的主席约翰·班克斯承认这个事实：“经由欧洲最杰出的天文学家观察，显示这颗新的星星我很荣誉的在1781年3月指认出的，是太阳系内主要的行星之一”。

二：天王星的内部构造

天王星主要是由岩石与各种成分不同的水冰物质所组成，其组成主要元素为氢（83%），其次为氦（15%）。在许多方面天王星（海王星也是）与大部分都是气态氢组成的木星与土星不同，其性质比较接近木星与土星的地核部分，而没有类木行星包围在外的巨大液态气体表面（主要是由金属氢化合物气体受重力液化形成）。天王星的标准模型结构包括三个层面：在中心是岩石的核，中间是冰的地函，最外面是氢/氦组成的外壳。

上面所考虑的模型或多或少都是标准的，但不是唯一的，其他的模型也能满足观测的结果。例如，如果大量的氢和岩石混合在地函中，则冰的总量就会减少，并且相对的岩石和氢的总量就会提高；可利用的数据还不足以让我门确认哪一种模型才是正确的。天王星内部的流体结构意味着没有固体表面，气体的大气层是逐渐转变成内部的液体层内。

三：诡异的磁场

旅行者2号在1986年1月24日最接近天王星，并随即发现了10个之前未知的天然卫星。另外太空船亦探测了天王星由其自转轴倾斜97.77°缘故而独特的大气层，并观察了他的行星环系统。

旅行者2号发现了其中一样因天王星的倾斜位置而对其倾斜了60度的磁场的影响，就是其磁尾因天王星的转动而被扭曲成为了一个螺旋形，出现在天王星的后方。不过其实在旅行者到访之前，人们对天王星拥有磁场并不知情。

天王星的辐射带被发现如土星的一样密集。辐射带里辐射的密集程度，会令光线把任何困在卫星或环里冰面上的甲烷迅速地（在100,000年以内）变暗。这样解释了为什么天王星的卫星及环大部份都以灰色为主。

四：那些奇怪的疑点

1：几乎没有的内热

天王星的内热看上去明显的比其他的类木行星为低，在天文的项目中，它是低热流量。仍不了解天王星内部的温度为何会如此低，大小和成分与天王星像是双胞胎的海王星，放出至太空中的热量是得自太阳的2.61倍；相反的，天王星几乎没有多出来的热量被放出。

在天王星被超重质量的锤碎机敲击而造成转轴极度倾斜的假说中，也包含了内热的流失，因此留给天王星一个内热被耗尽的核心温度。另一种假说认为在天王星的内部上层有阻止内热传达到表面的障碍层存在，例如，对流也许仅发生在一组不同的结构之间，也许禁止热能向上传递。

2：奇怪的“海洋”

根据旅行者2号的探测结果，科学家推测天王星上可能有一个深度达一万公里、温度高达6650°C，由水、硅、镁、含氮分子、碳氢化合物及离子化物质组成的液态海洋。由于天王星上巨大而沉重的大气压力，令分子紧靠在一起，使得这高温海洋未能沸腾及蒸发。反过来，正由于海洋的高温，恰好阻挡了高压的大气将海洋压成固态。

海洋从天王星高温的内核（高达摄氏6650度）一直延伸到大气层的底部，覆盖整个天王星。必须强调的是，这种海洋与我们所理解的、地球上的海洋完全不同。然而，却有观点认为，天王星上不存在这个海洋。真相如何，恐怕只有待进一步的观测。

3：睡着的行星环

天王星有一个暗淡的行星环系统，由直径约十米的黑暗粒状物组成。他是继土星环之后，在太阳系内发现的第二个环系统。已知天王星环有13个圆环，天王星的光环像木星的光环一样暗，但又像土星的光环那样有相当大的直径。

天王星环被认为是相当年轻的，在圆环周围的空隙和不透明部分的区别，暗示她们不是与天王星同时形成的，环中的物质可能来自被高速撞击或潮汐力粉碎的卫星。而最外面的第5个环的成分大部分是直径为几米到几十米的冰块。除此之外，天王星可能还存在着大量的窄环，宽度仅有50米，单环的环反射率非常低。

五：卫星系统

已知天王星有27颗天然的卫星，这些卫星的名称都出自莎士比亚和蒲伯的歌剧中。五颗主要卫星的名称是米兰达、艾瑞尔、乌姆柏里厄尔、泰坦尼亚和欧贝隆。第一颗和第二颗（泰坦尼亚和欧贝隆）是威廉·赫歇耳在1787年3月13日发现的，另外两颗艾瑞尔和乌姆柏里厄尔是在1851年被威廉·拉索尔发现的。在1852年，威廉·赫歇耳的儿子约翰·赫歇耳才为这四颗卫星命名。到了1948年杰勒德P. 库普尔发现第五颗卫星米兰达。