【汉语拼音】tianwangxing
【中文词条】天王星
【外文词条】Uranus
【作者】武志贤
太阳系九大行星之一﹐按离太阳由近及远的次序为第七颗﹐在天文学中常以符号
(或
)表示。1781年为F.W.赫歇耳(见赫歇耳一家)所发现。天王星的赤道半径约25﹐900公里。体积约为地球的65倍﹐在九大行星中仅次于木星和土星。质量为8.742×10
克﹐相当于地球质量的14.63倍。密度较小﹐只有1.24克/厘米
﹐为海王星密度值的74.7％。因此﹐它虽然比海王星大﹐质量却只有海王星质量的85％。在太阳系九大行星中﹐它的质量仅次于木星﹑土星和海王星﹐占第四位。天王星有五个卫星(见天王星卫星)。1977年﹐还发现天王星有光环。
自转和公转 天王星绕太阳运动的轨道半长径大约2.9×10
公里﹐为土星轨道半长径的两倍左右。它的轨道面几乎同黄道面重合﹐二者之间的交角只有0
8。它绕太阳公转的平均速度为 6.81公里/秒﹐公转一周需84年。公转轨道的偏心率约为0.05。天王星的赤道面与轨道面的倾角为97°55
﹐也就是说它的自转轴几乎倒在它的轨道平面上﹐因此﹐它的四季﹑昼夜同地球上的大不相同。在一个半球的“夏”季﹐它的极点几乎直对著太阳﹔而另一个半球则完全处于黑暗的“冬”季之中。这里所说的“夏”季和“冬”季﹐仅仅是用来区别它受到阳光照射﹐还是背著阳光。天王星离太阳很远﹐表面的有效温度只有62K﹐即-211℃。所以﹐即使在受到阳光照射的“夏”季﹐也是十分寒冷的。上述自转轴这种奇特的倾倒是太阳系起源学说中一个难以解决的 侍狻
从地球上看﹐天王星的视角直径很小﹐就是在大冲(见行星视运动)时也只有4
。这使得测定天王星的自转数值成了很困难的事﹐测量结果误差很大。用光谱分析方法测定天王星的自转周期是24±3小时。
大气 天王星存在著浓密的大气。在望远镜中﹐天王星是一个蓝绿色的圆面。用放在高空气球上的口径为90厘米的望远镜拍得的高分辨率照片表明﹐天王星表面除了很强的﹑对称的临边昏暗现象以外﹐没有其他形态特徵。这说明天王星上到处都覆盖著厚厚的云层。早在1869年﹐塞奇用分光仪对天王星进行目视观测时发现了一个强的吸收带﹐直到1932年﹐维尔特才证明它是甲烷的吸收带。1949年柯伊伯在天王星光谱的8270埃附近发现了一个弥漫的吸收带﹐这是氢分子带。到1978年底为止﹐在天王星上只有这两种分子得到确认。根据理论推断﹐天王星上应当存在有大量的氨分子和水分子﹐估计那里也可能有相当数量的氦和氖﹐然而至今均未找到。这可能有两个原因﹕一是这些元素的吸收带被很强的甲烷吸收带掩盖住了﹔二是天王星上很冷﹐它们可能是“雪化”的气体﹐存在于大气中较深的内层﹐光谱无法探测。
氢分子是天王星大气的主要成分﹐根据理论推测﹐天王星上的氢气的质量大约是地球上所有气体的质量的50倍。与氢相比﹐甲烷是少的。天王星大气中存在著云层﹐通过光谱﹑光电﹑无线电测量对它的顶部云层进行了一些研究。初步认为﹐天王星具有一个温度较高的同温层和一个很冷的对流层顶。在对流层的下面﹐可能有两个云层﹕甲烷层和氨层﹐基于对临边昏暗现象的观测﹐证明后者的存在﹐而甲烷云层则是稀薄的或者破碎的﹐在这个寒冷的行星上﹐还没有发现它有内部的热源﹐在大气中也没有热的反向传输 o而这些在木星﹑土星等行星上都找到了。天王星上的气候变化可能比地球上小得多。因为太阳离它很远﹐促使气候变化的能量是非常小的。
内部结构 至今尚未建立起一个良好的天王星内部结构模型﹐足以完满地解释迄今所观测到的事实﹕半径﹑密度﹑扁率等等﹐有一种天王星结构模型认为﹕天王星的核心由1/2～1个地球质量的岩石物质组成﹐其中的铁化合物可能是磁场的基础﹐这个核心的温度大约是2﹐000～3﹐000K﹐最近哥达空间飞行中心的L.W.布朗已经从行星际监测站(IMP)6号的观测资料中发现天王星同木星一样有射电爆发。产生射电爆发的机制﹐可能和 焱跣怯幸桓銮看挪阌泄丞o行星体内部必然存在一个实在的磁场﹐才能产生这个磁层。这一观测事实对认为天王星内存在著岩石和金属铁核心的模型是有利的。在天王星的核心以外﹐是一个很厚的冰幔──主要是水冰和氨冰。它一直伸展到2/3视半径的地方。冰幔的质量或许占总质量的50％左右。冰幔外面是分子氢层﹐再向外就是很厚的大气层。大气中的主要成分是氢和氦。大气层虽然延伸很远﹐却只有行星总质量的20％。天王星与巨行星──木星和土星不同﹐巨行星的主要成分是氢﹐占总质量的80～90％左右﹔天王星与类地行星也不同﹐类地行星的大气层的质量是微乎其微 末o而天王星的大气层却是很厚的。
天王星和海王星﹑冥王星在质量﹑密度﹑大气组成﹑内部结构方面都有相似之处﹐构成了另一群行星── 远日行星。它们既不同于巨行星──木星和土星﹐也不同于类地行星。是什么样的演化过程使得太阳系中从内到外形成了类地行星﹑类木行星以及介于类地行星和类木行星之间的远日行星﹖这是太阳系的起源和演化学说必须回答的问题﹐因此﹐关于天王星等远日行星的研究对解决太阳系的起源和演化问题是十分重要的。