天王星

　　自轉和公轉　天王星繞太陽運動的軌道半長徑大約2.9×10⁹公裡，為土星軌道半長徑的兩倍左右。它的軌道面幾乎同黃道面重合，二者之間的交角隻有0°8。它繞太陽公轉的平均速度為6.81公裡/秒，公轉一周需84年。公轉軌道的偏心率約為0.05。天王星的赤道面與軌道面的傾角為97°55′，也就是說它的自轉軸幾乎倒在它的軌道平面上，因此，它的四季、晝夜同地球上的大不相同。在一個半球的“夏”季，它的極點幾乎直對著太陽；而另一個半球則完全處於黑暗的“冬”季之中。這裡所說的“夏”季和“冬”季，僅僅是用來區別它受到陽光照射，還是背著陽光。天王星離太陽很遠，表面的有效溫度隻有62K，即-211℃。所以，即使在受到陽光照射的“夏”季，也是十分寒冷的。上述自轉軸這種奇特的傾倒是太陽系起源學說中一個難以解決的問題。

　　從地球上看，天王星的視角直徑很小，就是在大沖（見行星視運動）時也隻有4″。這使得測定天王星的自轉數值成瞭很困難的事，測量結果誤差很大。用光譜分析方法測定天王星的自轉周期是24±3小時。

　　大氣　天王星存在著濃密的大氣。在望遠鏡中，天王星是一個藍綠色的圓面。用放在高空氣球上的口徑為90厘米的望遠鏡拍得的高分辨率照片表明，天王星表面除瞭很強的、對稱的臨邊昏暗現象以外，沒有其他形態特征。這說明天王星上到處都覆蓋著厚厚的雲層。早在1869年，塞奇用分光儀對天王星進行目視觀測時發現瞭一個強的吸收帶，直到1932年，維爾特才證明它是甲烷的吸收帶。1949年柯伊伯在天王星光譜的8270埃附近發現瞭一個彌漫的吸收帶，這是氫分子帶。到1978年底為止，在天王星上隻有這兩種分子得到確認。根據理論推斷，天王星上應當存在有大量的氨分子和水分子，估計那裡也可能有相當數量的氦和氖，然而至今均未找到。這可能有兩個原因：一是這些元素的吸收帶被很強的甲烷吸收帶掩蓋住瞭；二是天王星上很冷，它們可能是“雪化”的氣體，存在於大氣中較深的內層，光譜無法探測。

　　氫分子是天王星大氣的主要成分。根據理論推測，天王星上的氫氣的質量大約是地球上所有氣體的質量的50倍。與氫相比，甲烷是少的。天王星大氣中存在著雲層，通過光譜、光電、無線電測量對它的頂部雲層進行瞭一些研究。初步認為，天王星具有一個溫度較高的同溫層和一個很冷的對流層頂。在對流層的下面，可能有兩個雲層：甲烷層和氨層，基於對臨邊昏暗現象的觀測，證明後者的存在，而甲烷雲層則是稀薄的或者破碎的。在這個寒冷的行星上，還沒有發現它有內部的熱源，在大氣中也沒有熱的反向傳輸，而這些在木星、土星等行星上都找到瞭。天王星上的氣候變化可能比地球上小得多。因為太陽離它很遠，促使氣候變化的能量是非常小的。

　　內部結構　至今尚未建立起一個良好的天王星內部結構模型，足以完滿地解釋迄今所觀測到的事實：半徑、密度、扁率等等。有一種天王星結構模型認為:天王星的核心由1/2～1個地球質量的巖石物質組成，其中的鐵化合物可能是磁場的基礎。這個核心的溫度大約是2，000～3，000K，最近哥達空間飛行中心的L.W.佈朗已經從行星際監測站(IMP)6號的觀測資料中發現天王星同木星一樣有射電爆發。產生射電爆發的機制，可能和天王星有一個強磁層有關，行星體內部必然存在一個實在的磁場，才能產生這個磁層。這一觀測事實對認為天王星內存在著巖石和金屬鐵核心的模型是有利的。在天王星的核心以外，是一個很厚的冰幔──主要是水冰和氨冰。它一直伸展到2／3視半徑的地方。冰幔的質量或許占總質量的50％左右。冰幔外面是分子氫層，再向外就是很厚的大氣層。大氣中的主要成分是氫和氦。大氣層雖然延伸很遠，卻隻有行星總質量的20％。天王星與巨行星──木星和土星不同，巨行星的主要成分是氫，占總質量的80～90％左右；天王星與類地行星也不同，類地行星的大氣層的質量是微乎其微的，而天王星的大氣層卻是很厚的。

　　天王星和海王星、冥王星在質量、密度、大氣組成、內部結構方面都有相似之處，構成瞭另一群行星── 遠日行星。它們既不同於巨行星──木星和土星，也不同於類地行星。是什麼樣的演化過程使得太陽系中從內到外形成瞭類地行星、類木行星以及介於類地行星和類木行星之間的遠日行星？這是太陽系的起源和演化學說必須回答的問題，因此，關於天王星等遠日行星的研究對解決太陽系的起源和演化問題是十分重要的。