天王星 (第3/5页)
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轨道和自转
哈勃太空望远镜的天王星影像
天王星每84个地球年环绕太阳公转一周，与太阳的平均距离大约30亿公里，阳光的强度只有地球的1/400。他的轨道元素在1783年首度被拉普拉斯计算出来，但随着时间，预测和观测的位置开始出现误差。在1841年约翰#8226;柯西#8226;亚当斯首先提出误差也许可以归结于一颗尚未被看见的行星的拉扯。在1845年，勒维耶开始dú lì的进行天王星轨道的研究，在1846年9月23rì迦雷在勒维耶预测位置的附近发现了一颗新行星，稍后被命名为海王星。
天王星内部的自转周期是17小时又14分，但是，和所有巨大的行星一样，他上部的大气层朝自转的方向可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度，像是从赤道到南极的2/3路径上，可以看见移动得非常迅速的大气，只要14个小时就能完整的自转一周。
转轴倾斜
天王星的自转轴可以说是躺在轨道平面上的，倾斜的角度高达98°，这使他的季节变化完全不同于其他的行星。其它行星的自转轴相对于太阳系的轨道平面都是朝上的，天王星的转动则像倾倒而被辗压过去的球。当天王星在至rì附近时，一个极点会持续的指向太阳，另一个极点则背向太阳。只有在赤道附近狭窄的区域内可以体会到迅速的rì夜交替，但太阳的位置非常的低，有如在地球的极区。运行到轨道的另一侧时，换成轴的另一极指向太阳；每一个极都会有被太阳持续的照shè42年的极昼，而在另外42年则处于极夜。在接近昼夜平分点时，太阳正对着天王星的赤道，天王星的rì夜交替会和其他的行星相似，在2007年12月7rì，天王星将经过rì夜平分点。
天王星上的节气：
北半球年南半球
冬至1902,1986夏至
chūn分1923,2007秋分
夏至1944,2028冬至
秋分1965,2049chūn分
这种轴的指向带来的一个结果是，在一年之中，天王星的极区得到来自于太阳的能量多于赤道，不过，天王星的赤道依然比极区热。导致这种结果的机制仍然未知；天王星异常的转轴倾斜原因也不知道，但是通常的猜想是在太阳系形成的时候，一颗地球大小的原行星撞击到天王星，造成的指向的歪斜。在1986年，旅行者2号飞掠时，天王星的南极几乎正对着太阳。标记这个极是南极是基于国际天文联合会的定义：行星或卫星的北极，是指向太阳系不变平面的上方（不是由自转的方向来决定）。但是，仍然有不同的协定被使用着：一个天体依据右手定则所定义的自转方向来决定北极和南极。根据后者的坐标系，1986年在阳光下的极则是北极。天文学家PatrickMoore对此议题的评论总结是："请自行挑选吧！"
可见xìng
从1995至2006年，天王星的视星等在＋5.6至＋5.9等之间，勉强在肉眼可见的＋6.0等之上，他的角直径在3.4至3.7弧秒；比较土星是16至20弧秒，木星则是32至45弧秒。在冲的时候，天王星可以用肉眼在黑暗、无光污染的天空直接看见，即使在城市中也能轻易的使用双筒望远镜看见。使用物镜的口径在15至25厘米的大型业余天文望远镜，天王星将呈现苍白的深蓝sè盘状与明显的周边昏暗；口径25厘米或更大的，云的型态和一些大的卫星，像是泰坦尼亚和欧贝隆，都有可能看见。
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物理xìng质
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xìng质比较接近木星与土星的地核部份，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）。天王星并没有土星与木星那样的岩石内核，它的金属成分是以一种比较平均的状态分布在整个地壳之内。直接以肉眼观察，天王星的表面呈现洋蓝sè，这是因为它的甲烷大气吸收了大部分的红sè光谱所导致。
地球和天王星大小的比较
内部结构
天王星的质量大约是地球的14.5倍，是类木行星中质量最小的，他的密度是1.29公克/厘米sup3;只比土星高一些。直径虽然与海王星相似（大约是地球的4倍），但质量较低。这些数值显示他主要由各种各样挥发xìng物质，例如水、氨和甲烷组成。天王星内部冰的总含量还不能jīng确的知道，根据选择的模型不同有不同的含量，但是总在地球质量的9.3至13.5倍之间。氢和氦在全体中只占很小的部份，大约在0.5至1.5地球质量。剩余的质量（0.5至3.7地球质量）才是岩石物质。
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。相较之下核非常的小，只有0.55地球质量，半径不到天王星的20%；地函则是个庞然大物，质量大约是地球的13.4倍；而最外层的大气层则相对上是不明确的，大约扩展zhan有剩余20%的半径，但质量大约只有地球的0.5倍。天王星核的密度大约是9克/厘米sup3;，在核和地函交界处的压力是8百万巴和大约5,000K的温度。冰的地函实际上并不是由一般意义上所谓的冰组成，而是由水、氨和其他挥发xìng物质组成的热且稠密的流体。这些流体有高导电xìng，有时被称为水–氨的海洋。天王星和海王星的大块结构与木星和土星相当的不同，冰的成分超越气体，因此有理由将她们分开另成一类为冰巨星。
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；目前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。但是，为便于扁球体的转动，在大气压力达到1巴之处被定义和考虑为行星的表面时，他的赤道和极的半径分别是25,559±4和24,973±20公里。这样的表面将做为这篇文章中高度的零点。
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，他是低热流量。目前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。天王星在远红外（也就是热辐shè）的部份释出的总能量是大气层吸收自太阳能量的1.06±0.08倍。事实上，天王星的热流量只有0.042±0.047瓦/米2，远低于地球内的热流量0.075瓦/米2。天王星对流层顶的温度最低温度纪录只有49K，使天王星成为太阳系温度最低的行星，比海王星还要冷。
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。
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10000公里、温度高达摄氏6650度，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，近年却有观点认为，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，或是寄望美国国家航空航天局（NASA）会落实初步构想中的新视野号2号计划，派出无人探测船再度拜访天王星。
大气层
虽然在天王星的内部没有明确的固体表面，天王星最外面的气体包壳，也就是被称为大气层的部分，却很容易以遥传感量。遥传感量的能力可以从1帕之处为起点向下深入至300公里，相当于100帕的大气压力和320K的温度。稀薄的晕从大气压力1帕的表面向外延伸扩展至半径两倍之处，天王星的大气层可以分为三层：对流层，从高度#8722;300至50公里，大气压100帕至0.1帕；平流层（同温层），高度50至4000公里，大气压力0.1帕至10–10帕；和增温层/晕，从4000公里向上延伸至距离表面50,000公里处。没有中气层（散逸层）。
成份
天王星大气层的成分和天王星整体的成分不同，主要是氢分子和氦。氦的摩尔分数，这是每摩尔中所含有的氦原子数量，是0.15±0.03；在对流层的上层，相当于0.26±0.05质量百分比。这个数值很接近0.275±0.01的原恒星质量百分比。显示在气体的巨星中，氦在行星中是不稳定的。在天王星的大气层中，含量占第三位的是甲烷(CH4)。甲烷在可见和近红外的吸收带为天王星制造了明显的蓝绿或深蓝的颜sè。在大气压力1.3帕的甲烷云顶之下，甲烷在大气层中的摩尔分数是2.3%，这个量大约是太阳的20至30倍。混合的比率在大气层的上层由于极端的低温，降低了饱合的水平并且造成多余的甲烷结冰。对低挥发xìng物质的丰富度，像是氨、水和硫化氢，在大气层深处的含量所知有限，但是大概也会高于太阳内的含量。除甲烷之外，在天王星的上层大气层中可以追踪到各种各样微量的碳氢化合物，被认为是太阳的紫外线辐shè导致甲烷光解产生的。包括乙烷(C2H6),乙炔(C2H2),甲基乙炔(CH3C2H),联乙炔(C2HC2H)。光谱也揭露了水蒸汽的踪影，一氧化碳和二氧化碳在大气层的上层，但可能只是来自于彗星和其他外部天体的落尘。
对流层
对流层是大气层最低和密度最高的部份，温度随着高度增加而降低，温度从有名无实的底部大约320K，#8722;300公里，降低至53K，高度50公里。在对流层顶实际的最低温度在49至57K，依在行星上的高度来决定。对流层顶是行星的上升暖气流辐shè远红外线最主要的区域，由此处测量到的有效温度是59.1±0.3K。
对流层应该还有高度复杂的云系结构，水云被假设在大气压力50至100帕，氨氢硫化物云在20至40帕的压力范围内，氨或氢硫化物云在3和10帕，最后是直接侦测到的甲烷云在1至2帕。对流层是大气层内动态非常充分的部份，展现出强风、明亮的云彩和季节xìng的变化，将会在下面讨论。
上层大气层
