天王星(行星)

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October 25, 2021

天王星是太阳系中按距太阳距离排列的第七颗行星。它以大约 19.2 个天文单位(28.7 亿公里)的距离围绕它旋转,公转周期为 84.05 个地球年。它是太阳系中质量第四大、体积第三大的行星。它是现代用望远镜发现的第一颗行星,自古以来就无人知晓。虽然它是肉眼可见的,但由于它的亮度非常低,而且它在天空中的明显运动非常缓慢,因此无法识别它的行星特征。威廉·赫歇尔于 1781 年 3 月 13 日首次观察到它,并确认它是一颗行星而不是在接下来的几个月里会产生一颗彗星。与木星和土星一样,天王星的大气主要由氢和氦以及微量碳氢化合物组成。但和海王星一样,它含有更高比例的物理意义上的“冰”,即水、氨和甲烷等挥发性物质,而行星内部主要由冰和岩石组成,因此得名“冰巨人”。此外,甲烷是造成地球海蓝宝石色调的主要原因。它的行星大气是太阳系中最冷的,对流层顶最低温度为49 K(-224°C),呈多云层状结构。和其他巨行星一样,天王星有一个环系统和许多天然卫星:我们知道 13 个窄环和 27 个卫星。太阳系中的独特情况,它的自转轴实际上位于围绕太阳的公转平面内——给人的印象是它在轨道上“滚动”,至少在公转的某个时刻——以及它的北极和南极因此,大多数其他行星都位于赤道的地方。由于轴的这种倾斜,行星具有开瓶器形状的磁层。这颗行星与地球的距离使得它的表观尺寸非常小,用位于地球上的望远镜很难对其进行研究。在 1986 年 1 月 24 日飞越天王星的航海者 2 号任务期间,天王星只被造访过一次。来自太空探测器的图像随后在可见光下显示了一颗几乎没有特征的行星,没有与其他巨行星相关的云带或风暴。哈勃太空望远镜和大型自适应光学地面望远镜的出现可以进行额外的详细观测,揭示季节变化、天气活动增加以及随着天王星接近 2007 年春分点时风速约为 250 m/s。它的名字来自希腊天空之神Ouranos(罗马神话中的天王星),克罗诺斯(土星)的父亲和宙斯(木星)的祖父。随着哈勃太空望远镜和大型自适应光学地面望远镜的出现,可以进行额外的详细观测,揭示季节变化、天气活动增加以及 2007 年天王星接近春分时 250 m/s 的风速。它的名字来自来自希腊神话中的天空之神乌拉诺斯(罗马神话中的天王星),克洛诺斯(土星)的父亲和宙斯(木星)的祖父。随着哈勃太空望远镜和大型自适应光学地面望远镜的出现,可以进行额外的详细观测,揭示季节变化、天气活动增加以及 2007 年天王星接近春分时 250 m/s 的风速。它的名字来自来自希腊神话中的天空之神乌拉诺斯(罗马神话中的天王星),克洛诺斯(土星)的父亲和宙斯(木星)的祖父。克罗诺斯(土星)的父亲和宙斯(木星)的祖父。克罗诺斯(土星)的父亲和宙斯(木星)的祖父。

故事

第一次观察

与其他轨道更接近太阳的行星——水星、金星、火星、木星和土星——不同的是,天王星自远古以来就没有被发现。由于它与太阳的距离,它被多次观测到,但直到 18 世纪才被认为是一颗简单的恒星,因为它的亮度非常低——它的视星等处于肉眼能见度的极限。在陆地天空中缓慢移动。已知的第一个目击事件可能是公元前 128 年的喜帕恰斯 (Hipparchus)。 AD,本可以在其恒星目录中将其注册为一颗固定恒星。事实上,克劳狄乌斯·托勒密的天文学中引用的一个星群,承担了喜帕恰斯的工作,只能通过当时天王星的存在来解决。此外,天王星在公元前 128 年 4 月。 AD处于非常有利的观测条件:接近近日点,星等为5.4,与天顶成33°。最早被证实的记录可以追溯到 1690 年,当时约翰·弗兰斯蒂德 (John Flamsteed) 对其进行了至少六次观测,并将其编录为一颗名为 34 Tauri 的恒星。法国天文学家皮埃尔·查尔斯·勒蒙尼尔在 1750 年至 1769 年间至少观测了 12 次天王星,其中包括约翰·贝维斯(John Bevis)在 1738 年也可能连续四个晚上观测到天王星,线索与观测一致,但没有明确的证据。最早被证实的记录可以追溯到 1690 年,当时约翰·弗兰斯蒂德 (John Flamsteed) 对其进行了至少六次观测,并将其编录为一颗名为 34 Tauri 的恒星。法国天文学家皮埃尔·查尔斯·勒蒙尼尔在 1750 年至 1769 年间至少观测了 12 次天王星,其中包括约翰·贝维斯(John Bevis)在 1738 年也可能连续四个晚上观测到天王星,线索与观测一致,但没有明确的证据。最早被证实的记录可以追溯到 1690 年,当时约翰·弗兰斯蒂德 (John Flamsteed) 对其进行了至少六次观测,并将其编录为一颗名为 34 Tauri 的恒星。法国天文学家皮埃尔·查尔斯·勒蒙尼尔在 1750 年至 1769 年间至少观测了 12 次天王星,其中包括约翰·贝维斯(John Bevis)在 1738 年也可能连续四个晚上观测到天王星,线索与观测一致,但没有明确的证据。

行星的发现

威廉·赫歇尔 (William Herschel) 是一位从事业余天文学的英国音乐家。没有钱买望远镜,他自己擦镜子来建造自己的。 1781 年 3 月 13 日,他在英格兰萨默塞特巴斯新国王街 19 号(现为赫歇尔天文博物馆)的家中的花园中使用望远镜系统地搜寻恒星时发现了这颗行星。更准确地说,赫歇尔根据星等对恒星进行了编目。在双子座和金牛座的交界处,赫歇尔注意到固定恒星中间的一个小点:然后他连续更换目镜,逐渐增加放大倍数。随着星星在远处,每次都会增加物体的大小,大小不一,保持简单的闪亮点。因此,它不可能是一颗恒星,因此他在 3 月 13 日的日记中写道:“在金牛座 ζ 附近的四分位数中,(...) 有一个奇怪的物体,要么是星云,要么是彗星”,。他记下了这颗恒星的位置,几天后又继续观察:“我观察了彗星或星云,发现它是一颗彗星,因为它改变了位置”。然后,他决定就他的发现向科学界发出警告,并向牛津天文台台长托马斯·霍恩斯比 (Thomas Hornsby) 发送一封信,其中详细说明了彗星的观测情况。他还通知了格林威治天文台的皇家天文学家内维尔·马斯克林 (Nevil Maskelyne)。 1781 年 4 月 23 日,他收到了一封令人不安的答复:“我不知道该怎么称呼它。它很可能是一颗相对于太阳在几乎圆形轨道上运动的普通行星,就像彗星在非常偏心的椭圆中运动一样。我还没有看到头发或尾巴”,,。后者无法决定,他将这个消息传播给其他科学家,并建议赫歇尔写信给皇家学会。 1781 年 4 月 26 日,当威廉·赫歇尔 (William Herschel) 向皇家学会介绍他的发现时,他继续声称他发现了一颗彗星,但也含蓄地将其比作一颗行星。还没有看到头发或尾巴”,,。后者无法决定,他将这个消息传播给其他科学家,并建议赫歇尔写信给皇家学会。 1781 年 4 月 26 日,当威廉·赫歇尔 (William Herschel) 向皇家学会介绍他的发现时,他继续声称他发现了一颗彗星,但也含蓄地将它比作一颗行星。还没有看到头发或尾巴”,,。后者无法决定,他将这个消息传播给其他科学家,并建议赫歇尔写信给皇家学会。 1781 年 4 月 26 日,当威廉·赫歇尔 (William Herschel) 向皇家学会介绍他的发现时,他继续声称他发现了一颗彗星,但也含蓄地将其比作一颗行星。

确认其存在

尽管赫歇尔继续谨慎地将这个新天体称为彗星,但其他天文学家已经开始怀疑它的真实性质。在俄罗斯工作的芬兰-瑞典天文学家安德斯·莱克塞尔 (Anders Lexell) 是第一个应用行星模型计算新天体轨道的人。它与所应用的模型相对应的几乎圆形轨道导致它得出结论,它是一颗行星而不是一颗彗星,因为它估计它的距离是地球-太阳距离的十八倍,并且没有彗星的近日点大于地球的四倍——从未观察到太阳距离。柏林天文学家约翰·埃勒特·博德 (Johann Elert Bode) 将赫歇尔的发现描述为“一颗移动的恒星,可以被视为类行星物体,以前不为人知现在,在土星轨道之外循环”,。 Bode 还得出结论,它的近圆形轨道更像是一颗行星而不是一颗彗星。法国天文学家查尔斯·梅西耶 (Charles Messier) 还指出,与他之前观察到的其他 18 颗彗星相比,它的圆盘状外观更像是木星。因此,该物体很快被一致接受为行星。 1783 年,赫歇尔本人向皇家学会主席约瑟夫·班克斯承认了这一点:“从欧洲最杰出的天文学家的观察来看,我有幸于 1781 年 3 月向他们报告的这颗新星似乎是一颗我们太阳系的主要行星”,。之王英国乔治三世奖励赫歇尔的发现,每年向他提供 200 英镑(或 2021 年为 24,000 英镑)的年金,条件是他在温莎定居,以便王室可以通过他的望远镜观察。这笔养老金让 Herschel 停止了他作为音乐家的工作,并全身心地投入到他对天文学的热情中。然后他有了一个儿子,约翰赫歇尔(也是一名天文学家),于 1820 年成为皇家天文学会理事,然后于 1822 年去世,享年 84 岁——这与天王星公转的时期相对应,埃利斯 D 指出这是一个巧合矿工。结果,这一发现在历史上第一次扩大了太阳系的已知极限——土星之前标记了极限——并使天王星是第一颗使用望远镜分类为此类的行星。

称谓

天王星的名字来源于希腊天神乌拉诺斯(古希腊语:Οὐρανός,罗马神话中的天王星),克罗诺斯(土星)的父亲和宙斯(木星)的祖父。天王星的形容词形式是“天王星”,但形容词“天王星”有时也用于ouranocross小行星。直到发现这颗行星近 70 年后才就其名称达成共识。在发现之后的最初讨论中,内维尔·马斯克林 (Nevil Maskelyne) 向赫歇尔提议为这颗行星命名,这一权利又回到了他作为发现者的位置。为响应马斯克林的请求,赫歇尔决定将物体命名为 Georgium Sidus(“乔治之星”或“乔治亚星球”),以纪念她的新赞助人乔治三世国王。他在给约瑟夫·班克斯的一封信中解释了这一决定,指出在古代,行星是以主要神灵的名字命名的,而在当今时代,他认为采用相同的命名方法几乎是不可接受的。这个新天体。此外,指定它的重要一点是要知道它是什么时候被发现的:“Georgium Sidus 的名字在我看来是一个名称,可以提供有关该国家和时间以及发现时间的信息。完成”,,。然而,赫歇尔提出的名字在英国以外并不流行,并且很快就提供了替代品。例如,法国天文学家杰罗姆·拉朗德 (Jérôme Lalande) 建议将这颗行星命名为赫歇尔 (Herschel),以纪念它的发现者。这'瑞典天文学家埃里克·普罗斯佩林 (Erik Prosperin) 提出了海王星这个名字,后来得到了其他天文学家的支持,因为它也是为了纪念美国独立战争期间皇家海军舰队的胜利;海王星乔治三世或海王星大不列颠等类似提议也被提出。从 1781 年起,Johann Bode 提出了天王星,这是希腊天空之神 Ouranos 的拉丁化版本。博德认为这个名字应该遵循神话,以免与其他行星不同,天王星是第一代泰坦之父的合适名字。他还指出这个名字的优雅之处在于,正如土星是木星之父一样,这颗新行星应该以土星之父命名。 1789 年,Martin Klaproth 是他的同胞,后来成为瑞典皇家科学院 Bode 的同事,他命名了他刚刚发现的铀的化学元素,以支持这个名称的选择。最后,波德的建议成为最广泛使用的建议,并在 1850 年被公认为普遍使用,当时英国航海年鉴办公室(最后一个始终使用 Georgium Sidus 的机构)放弃了赫歇尔为天王星提出的名称。天王星有多种翻译成其他语言。例如,在汉语、日语、韩语和越南语中,它的名字直译为“天王星”,,。在夏威夷语中,它的名字是 Heleʻekala,是从发现者 Herschel 那里借来的。他刚刚发现了铀来支持这个名字的选择。最后,波德的建议成为最广泛使用的建议,并在 1850 年被公认为普遍使用,当时英国航海年鉴办公室(最后一个始终使用 Georgium Sidus 的机构)放弃了赫歇尔为天王星提出的名称。天王星有多种翻译成其他语言。例如,在汉语、日语、韩语和越南语中,它的名字直译为“天王星”,,。在夏威夷语中,它的名字是 Heleʻekala,是从发现者 Herschel 那里借来的。他刚刚发现了铀来支持这个名字的选择。最后,波德的建议成为最广泛使用的建议,并在 1850 年被公认为普遍使用,当时英国航海年鉴办公室(最后一个始终使用 Georgium Sidus 的机构)放弃了赫歇尔为天王星提出的名称。天王星有多种翻译成其他语言。例如,在汉语、日语、韩语和越南语中,它的名字直译为“天王星”,,。在夏威夷语中,它的名字是 Heleʻekala,是从发现者 Herschel 那里借来的。放弃赫歇尔为天王星提出的名称。天王星有多种翻译成其他语言。例如,在汉语、日语、韩语和越南语中,它的名字直译为“天王星”,,。在夏威夷语中,它的名字是 Heleʻekala,是从发现者 Herschel 那里借来的。放弃赫歇尔为天王星提出的名称。天王星有多种翻译成其他语言。例如,在汉语、日语、韩语和越南语中,它的名字直译为“天王星”,,。在夏威夷语中,它的名字是 Heleʻekala,是从发现者 Herschel 那里借来的。

发现后

天文学

在 19 世纪和 20 世纪,由于天王星与地球的距离,很难正确观察天王星的表面。 1937 年,科学家们通过光谱学和光度法将行星的自转时间设定在 10 点钟,当时已经被视为逆行。 1948 年,杰拉德·柯伊伯 (Gerard Kuiper) 在麦克唐纳天文台 (McDonald Observatory) 发现了米兰达,它是天王星五颗大型球形卫星中最小的也是最后一颗。 1977 年 3 月 10 日,天文学家 James L. Elliot、Edward W. Dunham 和 Douglas J. Mink 在柯伊伯机载天文台上偶然发现了天王星环。天文学家希望利用天王星掩星 SAO 158687 来研究这颗行星的大气层。然而,对他们观察结果的分析表明,在天王星掩星之前和之后,恒星被短暂地掩盖了五次;三位天文学家得出结论,存在一个狭窄的行星环系统。在他们的文章中,他们提到了希腊字母表的前五个字母所观察到的五种掩星:α、β、γ、δ 和 ε;这些名称然后被重新用于命名戒指。不久之后,Elliot、Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的神秘编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于自 17 世纪以来已知的土星环系统。天王星掩星前后;三位天文学家得出结论,存在一个狭窄的行星环系统。在他们的文章中,他们提到了希腊字母表的前五个字母所观察到的五种掩星:α、β、γ、δ 和 ε;这些名称然后被重新用于命名戒指。不久之后,Elliot、Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的神秘编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于自 17 世纪以来已知的土星环系统。天王星掩星前后;三位天文学家得出结论,存在一个狭窄的行星环系统。在他们的文章中,他们提到了希腊字母表的前五个字母所观察到的五个掩星:α、β、γ、δ 和 ε;这些名称然后被重新用于命名戒指。不久之后,Elliot、Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的神秘编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于自 17 世纪以来已知的土星环系统。三位天文学家得出结论,存在一个狭窄的行星环系统。在他们的文章中,他们提到了希腊字母表的前五个字母所观察到的五个掩星:α、β、γ、δ 和 ε;这些名称然后被重新用于命名戒指。不久之后,Elliot、Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的神秘编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于自 17 世纪以来已知的土星环系统。三位天文学家得出结论,存在一个狭窄的行星环系统。在他们的文章中,他们提到了希腊字母表的前五个字母所观察到的五种掩星:α、β、γ、δ 和 ε;这些名称然后被重新用于命名戒指。不久之后,Elliot、Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的神秘编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于自 17 世纪以来已知的土星环系统。它们表示希腊字母表的前五个字母所观察到的五个掩星:α、β、γ、δ 和 ε;这些名称然后被重新用于命名戒指。不久之后,Elliot、Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的神秘编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于自 17 世纪以来已知的土星环系统。它们表示希腊字母表的前五个字母所观察到的五个掩星:α、β、γ、δ 和 ε;这些名称然后被重新用于命名戒指。不久之后,Elliot、Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的神秘编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于自 17 世纪以来已知的土星环系统。Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:其中一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的掩星编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于 17 世纪以来已知的土星环系统。Dunham 和 Mink 发现了另外四个环:其中一个位于 β 和 γ 环之间,另外三个位于 α 环内。根据撰写另一篇文章时采用的掩星编号系统,第一个被命名为 η 和其他 4、5 和 6。天王星环系统是太阳系中第二个被发现的环系统,仅次于 17 世纪以来已知的土星环系统。自 17 世纪以来已知的土星之后。自 17 世纪以来已知的土星之后。

占星术

占星术世界需要一些时间来将天王星融入其象征意义(同样,根据传统占星术,只有肉眼可见的前七颗星是重要的)。因此,这颗恒星的占星学意义的原型公式可以追溯到它被发现后的 33 年:1814 年,J. Corfield 在 The Urania 中。事实上,正如占星学史上的专家雅克·哈尔布隆提醒我们的那样,这一意外发现打破了从克劳德·托勒密那里继承的行星尊严。掌握行星星座的系统是占星术的核心。事实上,继让-巴蒂斯特·莫兰·德维尔弗朗什之后,占星家将他们的解释系统建立在“通过掌握的方式来连接占星术的宫位”。托勒密授予了水星、金星、火星、木星、土星的两种精通,而月亮和太阳只有一种精通,也就是说总共十二种占星术的精通,与星座一样多。这对应于肉眼可见的传统数量的七颗(因此得名占星学七星)恒星,包括两个发光体太阳和月亮。随着天王星的发现,所有这些学习的设备都崩溃了:无论天王星被授予两个掌握还是只有一个,都会有重复的。有些人认为天王星是隐形的,没有宝座,这是该理论的一个重要例外。以及对月亮和太阳的单一掌握,也就是说总共十二个占星术的掌握,与星座一样多。这对应于肉眼可见的传统数量的七颗(因此得名占星学七星)恒星,包括两个发光体太阳和月亮。随着天王星的发现,所有这些学习的设备都崩溃了:无论天王星被授予两个掌握还是只有一个,都会有重复的。有些人认为天王星是隐形的,没有宝座,这是该理论的一个重要例外。以及对月亮和太阳的单一掌握,也就是说总共十二个占星术的掌握,与星座一样多。这对应于肉眼可见的传统数量的七颗(因此得名占星学七星)恒星,包括两个发光体太阳和月亮。随着天王星的发现,所有这些学习的设备都崩溃了:无论天王星被授予两个掌握还是只有一个,都会有重复的。有些人认为天王星是隐形的,没有宝座,这是该理论的一个重要例外。包括两个灯具 Sun 和 Moon。随着天王星的发现,所有这些学习的设备都崩溃了:无论天王星被授予两个掌握还是只有一个,都会有重复的。有些人认为天王星是隐形的,没有宝座,这是该理论的一个重要例外。包括两个灯具 Sun 和 Moon。随着天王星的发现,所有这些学习的设备都崩溃了:无论天王星被授予两个掌握还是只有一个,都会有重复的。有些人认为天王星是隐形的,没有宝座,这是该理论的一个重要例外。

物理特性

质量和直径

天王星的质量为 8.681 × 1025 kg,是地球和木星或土星等大型气体巨行星之间的中间体。事实上,天王星质量是地球质量的 14.5 倍,但只有木星质量的 1 / 22。按照惯例,行星的形状由旋转椭球模型定义,其中“表面”定义为大气压力等于 1 bar (100,000 Pa) 的位置,并用作参考点。 ,。它的赤道半径为 25,559 公里,极地半径为 24,973 公里,后者因行星自转导致扁平化而变小。它在 1 bar 时的重力为 8.87 m/s2,或地球表面重力的 90%。由于天王星的质量略小于海王星(后者的质量为 1.024 × 1026 千克),由于重力压缩,天王星的质量略大(海王星的直径为 49,528 公里,天王星的直径为 51,118 公里),半径约为四倍地球的半径,。另一方面,海王星和天王星通常被认为是巨行星的一个子类,称为“冰巨星”,因为与木星和土星相比,它们的体积更小,挥发性物质的浓度更高。在寻找系外行星的过程中,天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。024 × 1026 kg),由于重力压缩(海王星的直径为 49,528 公里,天王星的直径为 51,118 公里),它略大,其半径约为地球半径的四倍。另一方面,海王星和天王星通常被认为是巨行星的一个子类,称为“冰巨星”,因为与木星和土星相比,它们的体积更小,挥发性物质的浓度更高。在寻找系外行星的过程中,天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。024 × 1026 kg),由于重力压缩(海王星的直径为 49,528 公里,天王星的直径为 51,118 公里),它略大,其半径约为地球半径的四倍。另一方面,海王星和天王星通常被认为是巨行星的一个子类,称为“冰巨星”,因为与木星和土星相比,它们的体积更小,挥发性物质的浓度更高。在寻找系外行星的过程中,天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。由于重力压缩,它略大(海王星的直径为 49,528 公里,天王星的直径为 51,118 公里),其半径约为地球半径的四倍。另一方面,海王星和天王星通常被认为是巨行星的一个子类,称为“冰巨星”,因为与木星和土星相比,它们的体积更小,挥发性物质的浓度更高。在寻找系外行星的过程中,天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。由于重力压缩,它略大(海王星的直径为 49,528 公里,天王星的直径为 51,118 公里),其半径约为地球半径的四倍。另一方面,海王星和天王星通常被认为是巨行星的一个子类,称为“冰巨星”,因为与木星和土星相比,它们的体积更小,挥发性物质的浓度更高。在寻找系外行星的过程中,天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。另一方面,海王星和天王星通常被认为是巨行星的一个子类,称为“冰巨星”,因为与木星和土星相比,它们的体积更小,挥发性物质的浓度更高。在寻找系外行星的过程中,天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。另一方面,海王星和天王星通常被认为是巨行星的一个子类,称为“冰巨星”,因为与木星和土星相比,它们的体积更小,挥发性物质的浓度更高。在寻找系外行星的过程中,天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。天王星有时被用作转喻来描述已发现的质量相似的天体;然而,“海王星”这个名字仍然更常见,例如热海王星或冷海王星。

内部结构

天王星的密度为 1.27 g/cm3,使天王星成为仅次于土星的密度第二小的行星。该值表明它主要由各种冰组成,如水、氨和甲烷,类似于海王星。天王星内部冰的总质量尚不清楚,因为数值因所选模型而异。但是,该值必须介于 9.3 和 13.5 陆地质量之间。氢和氦只占总量的一小部分,地球质量在 0.5 到 1.5 之间,其比例与在太阳中发现的相同。未上釉的剩余部分(0.5 到 3.7 块陆地)由岩石材料代表。标准结构模型天王星分为三层:中心是岩石内核(硅酸盐、铁和镍),中间是冰冷的地幔,然后是气态氢和氦的外壳。原子核比较小,质量只有地球质量的0.55倍,半径不到地球的20%,与地球大小差不多。地幔占其半径的 60% 的大部分质量,上层大气占 0.5 个地球质量的其余 20%。天王星核的密度约为 4.42 g / cm3,中心的压力将约为 5.8 Mbar (580 GPa) - 略小于地球中心的两倍 - 温度约为5,000 K (4,727 °C) 的震级,。按照行星学的惯例,即使地幔是冰的由水、氨和其他挥发性物质组成的热而稠密的流体。这种具有高导电性的流体有时被称为“水-氨海洋”。 1981 年,通过激光压缩进行的理论研究和实验导致劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Marvin Ross 提出将这一层完全电离,并将甲烷在那里热解成金属或钻石形式的碳。由于那里普遍存在非常高的压力和温度,甲烷分解成碳和碳氢化合物。然后,碳的沉淀释放能量——重力势能转化为热量——引起对流,将碳氢化合物释放到大气中。该模型将解释存在天王星大气中的各种碳氢化合物。 2017 年,模拟天王星和海王星表面以下约 10,000 公里的条件的新实验通过生产纳米尺寸的钻石来巩固这一模型。这些高温高压条件在地球上无法维持超过 1 纳秒,但在海王星或天王星的大气中,纳米金刚石有时间生长以产生钻石雨。还假设这种类型的钻石雨会发生在木星和土星上。此外,地幔顶部可能是液态碳的海洋,固体“钻石”会漂浮在那里。一些研究支持地幔由一层离子水,其中水分子会分解成氢和氧离子,更深地进入超离子水,其中氧结晶,但氢离子在氧网络中自由漂浮。然而,其他研究倾向于确定碳的存在(以甲烷的形式)不会形成超离子水(更准确地说是氧晶体)。虽然上面考虑的模型是合理的标准,但它不是唯一的,也考虑了其他模型。例如,可能有大量的氢和岩石混合在冰盖中,导致假设的冰总质量大于现实。目前可用的数据,几乎完全来自航海者 2 号概述,因此我们无法确定此事。

内热

天王星的内部热量似乎明显低于其他巨行星,包括具有相似质量和成分的海王星。事实上,如果海王星在太空辐射的能量是它从太阳接收的能量的 2.61 倍,那么天王星几乎不会辐射过多的热量:天王星在光谱的远红外部分辐射的总功率是其大气中吸收的太阳能的 1.06 ± 0.08 倍,,。两颗冰冷行星之间的内部热量差异解释了海王星上更大的气候活动和更快的风。事实上,天王星的热通量仅为 0.042 ± 0.047 W/m²,低于地球内部约 0.075 W/m2 的热通量。天王星对流层顶记录的最低温度为 49 K(-224°C),使天王星成为太阳系中最冷的行星。解释这种与海王星差异的假设之一是天王星会被撞击物撞击。结果,她会排出大部分原始热量,最终导致核心温度降低。这种撞击假说也被用于某些解释行星特定轴向倾斜的尝试中。另一个假设是天王星的上层有某种形式的屏障,可以阻止核心的热量到达表面。例如,对流可以发生在一组不同成分的层中,这可能会抑制垂直热传导或导致出现双扩散对流,这可能是一个限制因素。然而,很难同时解释天王星缺乏内部温暖,同时观察到它与海王星的明显相似之处。这两个冰冻巨星上的大气活动也可能更多地依赖于太阳辐射,而不是从它们内部逸出的热量。天王星同时观察到它与海王星的明显相似之处。这两个冰冻巨星上的大气活动也可能更多地依赖于太阳辐射,而不是从它们内部逸出的热量。天王星同时观察到它与海王星的明显相似之处。这两个冰冻巨星上的大气活动也可能更多地依赖于太阳辐射,而不是从它们内部逸出的热量。

大气层

尽管天王星内部没有明确的固体表面,但天王星气态包层的最外层称为大气层。天王星大气可分为三层:对流层,-300 至 50 公里,压力范围为 100 至 0.1 巴,然后是平流层,50 至 4,000 公里,压力范围为 0.1 至 10 -10 巴,然后是热层,从地表延伸 4,000 公里到 50,000 公里——在 1 bar 时,距离地表几乎有两个行星半径。

作品

与海王星一样,天王星的大气层与木星和土星这两个气态巨行星上的大气层不同。虽然像它们一样主要由氢和氦组成,但它确实含有更大比例的水、氨和甲烷等挥发性物质。此外,后者在可见光和近红外 (IR) 中具有显着的吸收带,它是导致行星呈海蓝宝石色或青色的原因。在天王星的平流层中发现了各种碳氢化合物的痕迹,这些碳氢化合物可能是由太阳紫外线辐射引起的光解作用产生的甲烷。其中,除甲烷外,我们特别发现乙烷、乙炔、甲基乙炔和丁二炔。光谱学还揭示了高层大气中的水蒸气、一氧化碳和二氧化碳的痕迹,这些痕迹只能来自彗星等外部来源。

对流层

对流层是大气中最低和最密集的部分,其特点是温度随海拔升高而降低。温度从 -300 公里(对流层底部)的大约 320 K(47°C)下降到 50 公里处的 53 K(-220°C)。对流层较冷的上部区域(对流层顶)的温度从 49 到 57 K 不等,具体取决于行星纬度。对流层顶区域负责天王星的绝大部分热远红外辐射,因此确定其有效温度为 59.1 K(-214°C)。对流层是大气的动态部分,表现出强风、明亮的云层和季节性变化。

平流层

天王星大气的中间层是平流层,那里的温度通常随着高度的升高而升高,从对流层顶的 53 K 到热层底部的 800 至 850 K(527 至 577°C)之间。平流层变暖是由甲烷和其他碳氢化合物吸收太阳紫外线和红外线引起的。热量也从热的热层传导。碳氢化合物在海拔 100 至 300 公里之间的相对较窄的层中,对应于 1000 至 10 Pa 的压力范围和 75 至 170 K(-198 至 -103°C)之间的温度。乙烷和乙炔倾向于在较冷的平流层下部和对流层顶(低于 10 毫巴)凝结,形成薄雾层,这可能是天王星暗淡外观的部分原因。雾气上方的天王星平流层的碳氢化合物浓度明显低于其他巨行星的平流层。

热球

天王星大气层的最外层是热层,其温度均匀,约为 800 和 850 K(527 和 577°C)。维持如此高水平所需的热量来源尚未完全解释,因为太阳紫外线辐射和极光活动都无法提供达到这些温度所需的能量——这种活动远低于木星或土星的活动。然而,由于在 0.1 毫巴以上的平流层中缺乏碳氢化合物,可能导致冷却效率低下。除了分子氢外,热层还含有许多自由氢原子。它们的低质量和高温形成了一个长达 50,000 公里的冠部,或来自其表面的两条天王星射线。这个延长的冠是天王星的一个独特特征。它的影响会在围绕天王星运行的小粒子上产生踪迹,导致天王星环中的尘埃普遍枯竭。天王星位于平流层上部的热层与其电离层相对应,从 2,000 到 10,000 公里。天王星的电离层比土星或海王星的电离层密度大,这可能是平流层中碳氢化合物浓度低的结果。电离层主要由太阳紫外线辐射维持,其密度取决于太阳活动。它的影响会在围绕天王星运行的小粒子上产生踪迹,导致天王星环中的尘埃普遍枯竭。天王星位于平流层上部的热层与其电离层相对应,从 2,000 到 10,000 公里。天王星的电离层比土星或海王星的电离层密度大,这可能是平流层中碳氢化合物浓度低的结果。电离层主要由太阳紫外线辐射维持,其密度取决于太阳活动。它的影响会在围绕天王星运行的小粒子上产生踪迹,导致天王星环中的尘埃普遍枯竭。天王星位于平流层上部的热层与其电离层相对应,从 2,000 到 10,000 公里。天王星的电离层比土星或海王星的电离层密度大,这可能是平流层中碳氢化合物浓度低的结果。电离层主要由太阳紫外线辐射维持,其密度取决于太阳活动。范围从 2,000 到 10,000 公里。天王星的电离层比土星或海王星的电离层密度大,这可能是平流层中碳氢化合物浓度低的结果。电离层主要由太阳紫外线辐射维持,其密度取决于太阳活动。范围从 2,000 到 10,000 公里。天王星的电离层比土星或海王星的电离层密度大,这可能是平流层中碳氢化合物浓度低的结果。电离层主要由太阳紫外线辐射维持,其密度取决于太阳活动。

天气

在紫外线和可见光波长下,与其他巨行星相比,天王星的大气显得暗淡无光。当航海者 2 号于 1986 年飞越天王星时,探测器在整个地球上观测到总共有十个特征云。对这种缺乏特征的一种解释是,天王星的内部热量明显低于其他巨行星,包括海王星,否则与它相似。天王星对流层顶记录的最低温度为 49 K (-224 °C),使天王星成为太阳系中最冷的行星。

条形结构

1986年,航海者2号发现天王星可见的南半球可以细分为两个区域:明亮的极冠和暗的赤道带。他们的边界位于大约-45°的纬度。重叠在-45°到-50°纬度范围的窄带是其可见表面上最亮的特征:它被称为南部的“领”。假设帽盖和颈圈是位于 1.3 到 2 巴压力范围内的甲烷云的密集区域。除了大尺度的条纹结构外,航海者 2 号还观察到 10 片明亮的小云,其中大部分位于衣领以北几度处。在所有其他方面,天王星在这次飞越中看起来就像一颗动态死亡的行星。还,航海者 2 号正值天王星南半球的盛夏,因此无法观测北半球。 21世纪初,当北极地区出现时,哈勃太空望远镜和凯克望远镜最初都没有观测到北半球的项圈或极冠:因此天王星出现不对称,在南极附近发光,均匀北半球黑暗。南领以北的地区。然而,到了 2007 年,当天王星到达它的春分点时,南边的衣领几乎消失了,而在纬度 45° 附近出现了一个轻微的北边衣领。最初在北半球既没有观测到项圈也没有观测到极冠:因此,天王星在南极附近显得不对称、明亮,而在南颈圈以北的地区则均匀地暗。然而,在 2007 年,当天王星到达春分点时,南边的环几乎消失了,而在北纬 45° 附近出现了一个轻微的北环。最初在北半球既没有观测到项圈也没有观测到极冠:因此,天王星在南极附近显得不对称、明亮,而在南颈圈以北的地区则均匀地暗。然而,在 2007 年,当天王星到达春分点时,南边的环几乎消失了,而在北纬 45° 附近出现了一个轻微的北环。

在 1990 年代,观测到的明亮云特征的数量急剧增加,部分原因是新的高分辨率成像技术。大多数发现在北半球,因为它开始变得可见。每个半球的云都有差异:北方的云更小、更锐、更亮。此外,它们似乎处于更高的高度。云的寿命超过几个数量级;如果一些小云能存活几个小时,那么自航海者 2 号在 20 年后飞越以来,南方至少有一朵云似乎一直存在。最近的观察还表明,天王星上空的云在某些方面与海王星上的云相似。例如,直到 2006 年,天王星上才发现了海王星常见的黑斑,当时它被称为天王星黑斑。据推测,天王星在接近其春分点时会变得与海王星更相似。监测云特征有助于确定天王星对流层上部的纬向风。在赤道,风是逆行的,这意味着它们吹向与行星自转相反的方向。它们的速度范围从 -360 到 -180 公里/小时,。风速随着距赤道的距离而增加,在±20°纬度附近达到零值,那里是对流层的最低温度。靠近两极时,风向前进的方向移动。风速继续增加到 238 m/s (856 km/h) 的峰值,大约在 ± 60 ° 纬度,然后在两极下降到零。

季节性变化

在 2004 年 3 月至 5 月的短时间内,天王星的大气层中出现了大片云层,使其外观与海王星相似。观测结果包括 229 m/s(824 km/h)的风速和持续的雷暴,被称为“7 月 4 日烟花汇演”。 2006年,观测到了第一个黑点。尚不清楚为什么会发生这种突然的活动激增,但天王星的轴向倾斜似乎导致其气候的极端季节性变化。很难确定这种季节性变化的性质,因为有关天王星大气的精确数据存在的时间还不到 84 年,也就是整整天王星年。测光期间半个天王星年(从 1950 年代开始)显示两个光谱带的光度有规律的变化,最大值出现在至点,最小值出现在春分点。在 1960 年代开始对深对流层的微波测量中注意到了类似的周期性变化,最大值在至点处。1970 年代的平流层温度测量值也显示了 1986 年至点附近的最大值。据推测,这其中的大部分由于观察几何形状的变化而发生可变性。有一些迹象表明天王星发生了物理季节性变化。事实上,如果已知有一个明亮的南极地区和一个暗淡的北极,这与上述的季节变化模型不相容,尽管如此,这颗行星在 1946 年左右北半球的上一个冬至期间仍显示出很高的亮度。因此,北极不会一直那么暗,可见的极点可以因此变亮夏至前的一段时间和春分后的颜色变暗。对可见光和微波数据的详细分析表明,亮度的周期性变化在至点周围并不完全对称,这也表明反照率子午线模式发生了变化。在 1990 年代,随着天王星远离它的冬至,哈勃望远镜和地面望远镜显示南极帽明显变暗(除了南环,仍然明亮),然后北半球在 2000 年代初期开始经历越来越多的活动,例如云的形成和高达 238 m / s 的强风,增强了该半球应该很快“变亮”的预期。这实际上发生在 2007 年,当这颗行星通过它的春分时:一个轻微的北极圈上升,南领几乎看不见,尽管纬向风廓线仍然略微不对称,北风比南风略慢。加强人们对这个半球很快就会变得更加清晰的期望。这实际上发生在 2007 年,当这颗行星通过它的春分点时:一个轻微的北极领上升,南领几乎看不见,尽管纬向风廓线仍然略微不对称,北风比南风略慢。加强人们对这个半球很快就会变得更加清晰的期望。这实际上发生在 2007 年,当这颗行星通过它的春分点时:一个轻微的北极领上升,南领几乎看不见,尽管纬向风廓线仍然略微不对称,北风比南风略慢。

磁层

在航海者 2 号飞掠之前,没有对天王星磁层进行测量,因此其性质未知。 1986 年之前,天文学家假设天王星的磁场与太阳风对齐,因为它随后会与位于黄道平面上的两极对齐。不过,航海者2号的观测显示,天王星的磁场很特殊,一方面是因为它并非源自行星的几何中心,而是与其相距近8000公里的ci(行星半径的三分之一),另一方面,因为它相对于旋转轴倾斜 59°,。这种不寻常的几何形状会产生强烈的不对称磁层,南极表面的磁场强度可以低至 0.1 高斯 (10 µT),而在北极可以达到 1.1 高斯 (110 µT)。表面的平均磁场为 0.23 高斯 (23 µT)。 2017 年,对航海者 2 号数据的研究表明,这种不对称性导致天王星的磁层在每个天王星日与太阳风磁力重新连接一次,从而使行星向来自太阳的粒子开放。相比之下,地球的磁场在两极几乎一样强,其“磁赤道”大致平行于其地理赤道。天王星的双极磁矩大约是地球的 50 倍。海王星也有同样倾斜和不平衡的磁场,表明这可能是冰巨星的共同特征。一种假设是,与大地行星和气态巨行星的磁场不同,它们的磁场是在它们的原子核中产生的,冰巨行星的磁场是由导体在相对较浅的深度运动产生的,例如在海洋中。氨,。对磁层特定排列的另一种可能解释是,天王星内部的液态钻石海洋会影响磁场。尽管它的排列很奇怪,但天王星的磁层在许多方面与其他行星相似:它有一个激波弧,它前面有大约 23 条行星射线,磁层顶有 18 条天王星射线,发达的磁震和辐射带。总的来说,天王星的磁层结构与土星相似。天王星的磁层尾巴由于横向旋转而扭曲成一个长长的开瓶器形状,在它后面延伸数百万英里。天王星的磁层包含带电粒子,主要是质子和电子,还有少量的 H2 + 离子,但没有检测到更重的离子。许多这些粒子将来自热层。粒子群受到天王星卫星扫过磁层的强烈影响,留下很大的间隙。这些粒子的通量大到足以在 100,000 年的天文快速时间尺度上引起它们表面的空间侵蚀。这可能是天王星的卫星和环呈均匀深色的原因。天王星显示出相对发达的极光,它们表现为围绕两个磁极的发光弧。与木星不同,天王星的极光对于行星热层的能量平衡似乎微不足道。 2020 年 3 月,美国宇航局的天文学家报告发现了一个大的大气磁泡,也称为等离子体团。它会在 1986 年飞越天王星时被天王星释放到太空中,这一发现是在重新评估航海者 2 号太空探测器记录的旧数据后做出的。

轨道特性

轨道

天王星绕太阳公转的周期约为 84 个地球年(30,685 个地球日),是太阳系中仅次于海王星的第二大行星。天王星上的太阳通量强度大约是地球接收到的强度的 1/400。天王星的半长轴为 19.218 个天文单位,或约 28.71 亿公里。它的轨道偏心率为 0.046381,这意味着它在远日点和近日点与太阳的距离之差为 1.8 AU——太阳系所有行星中最大的。

计算其轨道

1821 年,亚历克西斯·布瓦 (Alexis Bouvard) 发表了天王星轨道的天文表。然而,随着时间的推移,计划和观察到的轨道与法国天文学家之间开始出现差异,注意到这些无法解释的引力扰动,推测可能是距离更远的第八颗行星。1843 年英国天文学家 John Couch Adams 和 1846 年法国 Urbain Le Verrier 独立计算了这颗假设行星的预测位置。由于后者的计算,普鲁士天文学家约翰·戈特弗里德·加勒终于在 1846 年 9 月 23 日首次观测到它,距离预测位置只有一个度。

回转

天王星内层的自转周期为 17 小时 14 分钟。然而,与所有巨行星一样,天王星的高层大气在自转方向上经历了非常强的风。天王星表面的风可以达到 700 或 800 公里/小时的速度,向 + 60° 纬度移动,因此,其大气的可见部分移动得更快,并在大约 14 小时内完成完整的旋转。它的赤道半径为 25,559 公里,极地半径为 24,973 公里,后者因行星自转导致扁平化而变小。

轴倾斜

与太阳系中的所有其他行星不同,天王星的轴相对于黄道的法线 - 垂直线有很强的倾斜度。因此,轴向倾角为 97.77 ° - 相比之下,地轴的倾角约为 23 ° - 该轴几乎平行于轨道平面。可以说,这颗行星在其轨道上“滚动”,交替地将其北极呈现给太阳,然后是它的南极。这会产生与其他行星完全不同的季节性变化。在冬至附近,一极连续面向太阳,另一极向外。因此,每个极点都会获得大约 42 年的连续日照,然后是同样多年的黑暗。周围只有一条窄带赤道经历了快速的昼夜循环,但太阳在地平线上非常低。在天王星轨道的另一侧,两极朝向太阳的方向相反。这种轴方向的结果是,平均在天王星年中,天王星的极地地区比赤道地区获得更多的太阳能。尽管如此,天王星的赤道比两极更热。这种违反直觉的结果背后的机制尚不清楚,但可能是由于气候的热量分布过程。在春分点附近,太阳面向天王星的赤道,使其有一段时间的昼夜循环与大多数其他行星上看到的相似。天王星在 2007 年 12 月 7 日到达了最近的春分点。有几种假设可以解释行星旋转轴的这种特殊配置。其中之一描述了一颗卫星的存在,该卫星在被弹出轨道之前通过共振现象逐渐导致天王星倾斜。另一篇论文认为,倾斜将是由于在天王星的卫星形成之前发生的至少两次撞击造成的。为支持这一论点,2018 年,使用超级计算机进行的 50 多次撞击模拟得出结论,一颗年轻的原行星与天王星在北极水平以 20 公里/秒的速度发生了重大碰撞。这颗岩石和冰原行星会在天王星解体并在地幔上形成一层冰之前倾斜它。这次碰撞会释放出这颗行星的部分内部热量,说明它是太阳系中最冷的。当航海者 2 号于 1986 年飞越这颗行星时,天王星的南极几乎直接朝向太阳。我们可以说天王星的倾角略大于 90°,或者它的轴倾角略小于 90°,然后它会在逆行方向上自转。将此极点标记为“南”使用了国际天文学联合会目前批准的定义,即行星的北极或卫星是指向太阳系不变平面上方的极点,无论行星旋转的方向如何。因此,按照惯例,天王星的倾角大于 90°,因此像金星一样逆行。

培训和迁移

事实证明,冰巨星天王星和海王星的形成难以精确建模。目前的模型表明,太阳系外围区域的物质密度太低,无法解释传统上接受的核吸积方法(也称为核心吸积模型)形成如此大的天体。因此,提出了各种假设来解释它们的出现。第一个假设是冰巨星不是由原子核的吸积形成的,而是来自原始原行星盘的不稳定性,然后看到它们的大气被附近的 OB 协会的辐射吹散。另一个假设是它们形成得更靠近太阳,在那里物质密度更高,然后在气态原行星盘收缩后,他们进行了行星迁移到它们当前的轨道。这种形成后迁移的假设现在受到青睐,因为它能够更好地解释在跨海王星区域观察到的小物体种群的占领。对这一假设细节的最广泛接受的解释流被称为尼斯模型,它探索了天王星和其他巨行星的迁移对柯伊伯带结构的影响。这种形成后迁移的假设现在受到青睐,因为它能够更好地解释在跨海王星区域观察到的小物体种群的占领。对这一假设细节的最广泛接受的解释流被称为尼斯模型,它探索了天王星和其他巨行星的迁移对柯伊伯带结构的影响。这种形成后迁移的假设现在受到青睐,因为它能够更好地解释在跨海王星区域观察到的小物体种群的占领。对这一假设细节的最广泛接受的解释流被称为尼斯模型,它探索了天王星和其他巨行星的迁移对柯伊伯带结构的影响。天王星和柯伊伯带结构上的其他巨行星,。天王星和柯伊伯带结构上的其他巨行星,。

Cortège d'Uranus

Lunes

天王星有 27 颗已知的天然卫星。它们的总质量 - 以及可以忽略不计的环的质量 - 不到行星质量的 0.02%。这些卫星的名称选自莎士比亚和亚历山大·波普作品中的人物。威廉·赫歇尔于 1787 年发现了前两颗卫星 Titania 和 Oberon,距这颗行星发现六年后。 65 年后,他的儿子约翰·赫歇尔 (John Herschel) 为他们命名。此外,威廉·赫歇尔认为在接下来的几年里还发现了另外四颗,但它们与现有卫星的对应关系尚未得到证实。这些观察非常重要,因为它们特别允许估计行星的质量和体积。威廉·拉塞尔于 1851 年正式宣布发现阿里尔和翁布里尔,与威廉·道斯 (William Dawes) 合作的结果。将近一个世纪后(1948 年),杰拉德·柯伊伯 (Gerard Kuiper) 发现了米兰达 (Miranda)。其余 20 颗卫星是在 1985 年之后发现的,其中一些是在航海者 2 号飞越期间发现的,而另一些则是在地面上用望远镜发现的。天王星的卫星分为三组:十三颗内部卫星、五颗主要卫星和九颗不规则卫星。内部卫星是小而暗的天体,与行星环具有相同的特征和起源。它们的轨道位于米兰达轨道内部,并且与天王星环有很强的联系,一些卫星可能通过碎裂产生了一些环。帕克是天王星最大的内卫星,直径162公里,也是唯一一张航海者 2 号拍摄的照片显示细节的照片。在其他内部卫星中,我们可以按照与 Cordelia、Ophelia、Bianca、Cressida、Desdemona、Juliette、Portia、Rosalinde、Cupid、Belinda、Perdita 和 Mab 行星的距离顺序进行计数。五颗主要卫星——米兰达、阿里尔、翁布里埃尔、二​​氧化钛和奥伯伦——有足够的质量处于流体静力平衡。除了 Umbriel 外,所有地表都显示出内部活动的迹象,例如峡谷形成或火山活动。天王星最大的卫星 Titania 是太阳系中的第八大卫星,直径为 1,578 公里,略小于月球的一半,质量比月球小 20 倍。五颗主要卫星的总质量不到海卫一(海王星最大的天然卫星)的一半。它们的几何反照率相对较低,从 Umbriel 的 0.21 到 Ariel 的 0.39 - 它们也分别拥有主要卫星中最古老和最年轻的表面。它们是冰和岩石的集合体,由大约 50% 的冰(氨和二氧化碳)和 50% 的岩石组成,类似于土星的冰卫星。只有米兰达看起来大部分是冰,并且有 20 公里深的峡谷、高原和太阳系独有的表面特征的混乱变化。这'米兰达过去的地质活动被认为是由潮汐变暖驱动的,当时它的轨道比现在更偏心,可能是由于与 Umbriel 的古老 3:1 轨道共振。天王星的不规则卫星轨道呈椭圆形和强烈倾斜的轨道(大部分是逆行),并且轨道距离行星很远。它们的轨道超出了距离天王星最远的大卫星 Oberon 的轨道。它们很可能在天王星形成后不久就被天王星捕获。它们的直径在 Trinculo 的 18 公里和 Sycorax 的 150 公里之间。玛格丽特是天王星唯一已知具有顺行轨道的不规则卫星。它也是太阳系中轨道最偏心的卫星之一,0,661,尽管海王星的卫星 Nereid 的平均偏心率更高,为 0.751。其他不规则卫星是Francisco、Caliban、Stephano、Prospero、Setebos 和Ferdinand。

Anneaux planétaires

天王星有一个由 13 个已知行星环组成的系统,天王星的环系统不如土星的环系统复杂,但比木星或海王星的环系统复杂。威廉·赫歇尔在 1787 年和 1789 年描述了天王星周围可能存在的环。这种观察通常被认为是可疑的,因为这些环又黑又薄,并且在接下来的两个世纪里,其他观察者都没有注意到。然而,赫歇尔准确地描述了 epsilon 环的大小、它与地球的角度、它的红色以及当天王星绕太阳运行时它的明显变化。 1977 年 3 月 10 日,James L. Elliot、Edward W. Dunham 和 Jessica Mink 明确发现了环系统。柯伊伯机载天文台的协助。这一发现是偶然的,因为他们计划利用天王星掩星 SAO 158687 来研究其大气。在分析他们的观察时,他们发现这颗恒星在它消失在天王星后面前后曾短暂地消失了五次,从而得出结论,天王星周围存在一个环系统。这是继土星之后发现的第二个行星环系统。航海者 2 号在 1985 年至 1986 年间通过直接观察发现了另外两个环。 2005 年 12 月,哈勃太空望远镜探测到一对以前未知的环。较大的一个距离天王星的距离是之前已知的环的两倍。这些新环与天王星相距甚远,因此被称为“外”环系统。哈勃还发现了两颗小卫星,其中一颗 Mab 与新发现的最外环共享其轨道。 2006 年 4 月,凯克天文台拍摄的新环的图像揭示了它们的颜色:最外面的是蓝色,另一个是红色。关于外环蓝色的一种假设是,它由来自 Mab 表面的微小水冰颗粒组成,这些水冰颗粒小到足以散射蓝光。它们与天王星中心的距离从 ζ 环的 39,600 公里到 µ 环的约 98,000 公里。如果天王星的前十个环是薄的圆形,第十一个环 ε 更亮,偏心和更宽,从地球上最近点的 20 公里延伸到最远点的 98 公里。它的两侧是两个“牧羊女”卫星,确保其稳定性,Cordelia 和 Desdemona。最后两个环相距很远,环 μ 是环 ε 的两倍。主环之间可能有微弱的尘埃带和不完整的弧线。这些环非常暗:组成它们的粒子的邦德反照率不超过 2%,这使得它们几乎不可见。它们可能由冰和被磁层辐射变黑的有机元素组成。鉴于太阳系的年龄,天王星的光环会相当年轻:它们的持续时间存在不会超过 6 亿年,因此它们没有与天王星形成。形成环的材料可能曾经是卫星的一部分——或卫星——会被高速撞击粉碎。在由这些冲击形成的许多碎片中,只有少数粒子在与当前环位置相对应的稳定区域中幸存下来。

Autre entourage d'Uranus

天王星特洛伊小行星是位于太阳-天王星系统的两个稳定拉格朗日点(L4 或 L5)之一附近的小行星,也就是说位于天王星 l 轨道之前或之后 60°。小行星中心 (CPM) 仅识别出一个天王星木马:2011 QF99,位于 L4 点附近。 2014 YX49 被提议作为天王星的第二个木马,但仍未得到 CPM 的批准。此外,其他物体是天王星的协调者,没有被归类为特洛伊木马。因此,(83982) Crantor 是一颗小行星,与天王星的轨道呈马蹄形。还发现了其他潜在协调器的例子,如 (472651) 2015 DB216 或 2010 EU65。研究表明理论上,天王星或海王星的准卫星有可能在太阳系的整个生命周期中保持这种状态,但要受到某些偏心率和倾斜条件的影响。然而,这样的物体还没有被发现。

Observation

天王星的平均视星等为 +5.68,标准偏差为 0.17,而极端值为 +5.38 和 +6.03。这个光度范围接近肉眼的极限+6,因此可以在完全黑暗的天空中——眼睛习惯于黑暗——并且清楚地看到它是一颗非常暗的恒星,尤其是当它是在反对,,。这种变化在很大程度上是由于天王星的行星纬度同时被太阳照亮并从地球上看到的。它的表观大小在3.3到4.1角秒之间,取决于它与地球的距离是否在3.16到25.8亿公里之间,因此用双筒望远镜很容易区分。使用具有目标的望远镜天王星的直径在 15 到 23 厘米之间,看起来是一个中心边缘变暗的淡青色圆盘。使用具有更大物镜的望远镜,可以区分它的云以及一些较大的卫星,例如 Titania 和 Oberon。自 1997 年以来,已经使用地基望远镜识别了九颗不规则的外部卫星。 2003 年,使用哈勃太空望远镜发现了另外两个内部卫星,丘比特和 Mab。玛格丽特卫星是最新发现的卫星,其发现于 2003 年 10 月发表。哈勃太空望远镜还允许从地球拍摄正确的天王星照片,即使它们的相对分辨率比航海者 2 号的图像弱。 2003 年至 2005 年间,由于如此进行的观测,一对新的环被发现,随后被称为外环系统,使天王星的环数达到 13。直到 2007 年,天王星接近了它的春分点,那里出现了多云活动。除了哈勃太空望远镜或具有自适应光学功能的大型望远镜之外,大部分活动都无法看到。

Exploration

Survol de Voyager 2

这颗行星只被一个太空探测器近距离访问和研究过:1986 年的航海者 2 号(美国宇航局),因此它是地球上大部分已知信息的来源。航海者号任务的主要目标是研究木星和土星的系统,飞越天王星的飞行之所以成为可能,是因为它们以前完美无缺。航海者 2 号于 1977 年发射升空,于 1986 年 1 月 24 日尽可能靠近天王星,距离行星云顶 81,500 公里,然后继续前往海王星的旅程。该探测器研究了天王星大气的结构和化学成分,包括其独特的气候,这是由于其轴向倾斜 97.77°。它对其五个最大的卫星进行了首次详细调查,并发现了 10 个新卫星。它检查系统已知的九个环,发现另外两个并确定它们的出现相对较新。最后,她研究了它的磁场、不规则结构、倾斜和由它的方向引起的独特的螺旋状磁性。航海者 1 号无法访问天王星,因为对土星的卫星泰坦的调查被视为优先事项。这条轨迹随后将探测器带出黄道平面,结束了其行星学任务。她研究了它的磁场、不规则结构、倾斜和由它的方向引起的独特的螺旋状磁性。航海者 1 号无法访问天王星,因为对土星的卫星泰坦的调查被视为优先事项。这条轨迹随后将探测器带出黄道平面,结束了其行星学任务。她研究了它的磁场、不规则结构、倾斜和由它的方向引起的独特的螺旋状磁性。航海者 1 号无法访问天王星,因为对土星的卫星泰坦的调查被视为优先事项。这条轨迹随后将探测器带出黄道平面,结束了其行星学任务。

Après Voyager 2

将卡西尼-惠更斯轨道飞行器从土星发射到天王星的可能性在 2009 年的任务扩展计划阶段进行了评估,但最终被拒绝,赞成在土星大气层中销毁它。因为它需要大约 20 年才能到达离开土星后的天王星系统。此外,后来停产的新视野 2 号也可以近距离飞越天王星系统。作为 2011 年发布的新前沿计划的一部分,2013-2022 年行星科学十年调查推荐了一种称为天王星轨道器和探测器的轨道器。该提案设想在 2020 年至 2023 年发射,并进行为期 13 年的天王星巡航。该探测器可以从先锋金星多探测器中汲取灵感并下降到天王星大气。欧洲航天局正在评估一项名为“天王星探路者”的“中产阶级”任务。正在研究其他任务,如 OCEANUS、ODINUS 或 MUSE。

在文化上

历史参考

化学元素铀是由德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗特 (Martin Heinrich Klaproth) 于 1789 年发现的,以八年前刚刚发现的天王星命名。1841 年,它被法国化学家 Eugène-Melchior Péligot 分离出来,一直是已知的最重元素,直到 1940 年发现第一个超铀元素:镎,以海王星命名。天王星行动是对红军在二战中成功夺回斯大林格勒的军事行动的称呼。它导致了土星行动。在同一场战争中,海王星行动是 1944 年 6 月盟军诺曼底登陆的代号。

音乐和诗歌

《天王星,魔术师》是古斯塔夫·霍尔斯特于 1914 年至 1916 年间作曲和创作的大型管弦乐作品《行星之星》的第 6 乐章。此外,在歌曲 Astronomy Dominates by Pink 中提到了天王星 Oberon、Miranda 和 Titania 的卫星弗洛伊德。在约翰济慈的诗《第一次看查普曼的荷马》中,两行“然后觉得我喜欢天空的守望者/当一个新的行星游进他的天空”/当一个新的行星在它的地平线上游动时”),是参考威廉赫歇尔发现天王星。

文学与电影

自发现以来,天王星出现在许多科幻作品中。例如,她是神秘博士的 The Daleks 的总体计划情节或质量效应视频游戏系列中的某些关卡的背景,以及 Ben Bova 的虚构小说天王星的主题。然而,她不仅激发了科幻小说的灵感。因此,《天王星》是马塞尔·艾梅 (Marcel Aymé) 于 1948 年出版的小说,并于 1990 年由克劳德·贝里 (Claude Berri) 改编为银幕。小说的书名来自一个人物沃特林教授讲述的一则轶事:1944 年 8 月的一个晚上,当他在阅读天文著作时,他的妻子被轰炸炸死了专门讨论天王星的章节,而这颗行星的名字让他想起了这一点。记忆。

双关语

在英语的流行文化中,许多双关语源自天王星名称的常见发音,表达“你的肛门”(法语:“你的/你的肛门”),特别是在相关新闻文章中用作标题。到地球,这是自 19 世纪末以来。这个双关语相应地影响了行星的推荐发音以避免歧义。这也被用于小说作品中,例如在动画系列 Futurama 中,该星球在“Urectum”中被重命名为“一劳永逸地结束这个愚蠢的笑话”。

象征主义

天王星有两个天文符号。第一个被提出,♅,是由 Jérôme Lalande 在 1784 年提出的。在给这颗行星的发现者威廉·赫歇尔 (William Herschel) 的一封信中,拉兰德将其描述为“一个被你名字的第一个字母所覆盖的地球”。后来的命题 ⛢ 是火星和太阳符号的混合体,因为天王星代表希腊神话中的天空,据信由太阳和火星的联合力量主宰。在现代,它仍然被用作地球的天文符号,尽管国际天文学联合会不鼓励使用它的首字母“U”。

注释和参考

笔记

参考

也看看

参考书目

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外部链接

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