冰:
- 氨（NH3）
- 水分子（H2O)）
- 氢硫化铵（NH4SH）
- 甲烷水合物（CH45.75H2O）
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天王星（）是一顆在太陽系中離太陽第七近的青色行星，其體積在太陽系中排名第三、質量排名第四。
天王星的英文名稱來自古希臘神話的天空之神烏拉諾斯（），是克洛諾斯的父親、宙斯的祖父。在西方文化中，天王星是太陽系中唯一以希臘神祇命名的行星，其他行星都依照羅馬神祇命名。
与在古代就为人们所知的五顆行星（水星、金星、火星、木星、土星）相比，天王星的亮度也是肉眼可見的，但由於較為黯淡以及緩慢的繞行速度而未被古代的觀測者认定为一颗行星。直到1781年3月13日，威廉·赫歇耳爵士宣布發現天王星，从而在太陽系的現代史上首度擴展已知的界限，也是第一顆使用望遠鏡發現的行星。
天王星和海王星的內部和大氣構成不同於更巨大的氣體巨星－木星和土星。同樣的，天文學家設立不同的「冰巨行星」分類來安置它們。天王星大氣的主要成分是氫和氦，還包含較高比例的由水、氨、甲烷等結成的「冰」，與可以探测到的碳氫化合物。天王星是太陽系內大气层最冷的行星，最低溫度只有49K（−224℃）。其外部的大气层具有複杂的雲層結構，水在最低的雲層內，而甲烷組成最高處的雲層。包括一次連續四夜的觀測。
1781年3月13日，英國的德裔天文学家威廉·赫歇爾在他位於英格蘭索美塞特郡巴斯城新國王街19號（現在是赫歇尔天文博物馆）自宅的庭院中觀察到這顆行星，但在1781年4月26日最早的報告中他稱之為「彗星」。赫歇爾用他自己設計的望遠鏡“對這顆恆星做了一系列視差的觀察”。
他在他的學報上的紀錄著：“在與金牛座ζ成90°的位置……有一個星雲樣的星或者是一顆彗星”。在3月17日，他註記著：“我找到一顆彗星或星雲狀的星，並且由它的位置變化發現是一顆彗星”。當赫歇爾將發現提交給皇家學會時，他繼續假設發現的是一顆彗星，然而卻含蓄的把它跟行星比較：
赫歇爾將他的發現通知皇家天文學家內維爾·馬斯基林（Nevil Maskelyne），並在4月23日收到馬斯基林語無倫次的回覆說：“我不知該如何稱呼它，他它在接近圓形的軌道上移動很像一顆行星，而彗星是在很扁的橢圓軌道上移動。我也沒有看見彗髮或彗尾。”
當赫歇爾繼續謹慎的以彗星描述他的新對象，其他的天文學家已經開始做不同的懷疑。俄国天文學家安德斯·约翰·莱克塞尔估計它至太陽的距離是地球至太陽的18倍，而沒有彗星曾在近日點四倍於地球至太陽距離之外被觀測到。柏林天文學家約翰·波得描述赫歇爾的發現像是“在土星軌道之外的圓形軌道上移動的恆星，可以被視為迄今仍未知的像行星的天體”。波得斷定這個以圓軌道運行的天體比彗星更像是一顆行星。
這個天體很快便被接受是一顆行星。在1783年，法国科学家拉普拉斯证实赫歇爾发现的是一颗行星。赫歇爾本人也向皇家天文學會的主席约瑟夫·班克斯承認這個事實：“經由歐洲最傑出的天文學家觀察，顯示這顆新的星星，我很荣耀地在1781年3月指認出的，是太陽系內主要的行星之一。”为此，威廉·赫歇爾被英国皇家学会授予科普利獎章。喬治三世依據他的成就，並在他移居至溫莎王室，讓皇室的家族有機會使用他的望遠鏡觀星的前提下，給予赫歇爾每年200英鎊的年薪。
命名
馬斯基林曾這樣的問赫歇爾：“幫天文學世界一個忙”，“為您的行星取個名字，這也完全是為了您所愛的，並且也是我們迫切期望您為您的發現所做的。”回應馬基斯林的請求，赫歇爾決定命名為“喬治之星”（Georgium Sidus）或“喬治三世”以紀念他的新贊助人國王喬治三世。他在給約瑟夫·班克斯的信中解釋這個決定：但是，波得贊成用希臘神話的烏拉諾斯（Uranus），譯成拉丁文的意思是“天空之神”。波得的論點是農神（土星的英文命名由来）是宙斯（木星的英文命名由来）的父親，新的行星則應該取名為農神的父親。波得的建議被使用的十分普遍，並當最後的壁壘於1850年換下“喬治三世”後，Uranus便成為普遍接受的名字。這是標準英文文學上的發音，相比之下大眾口語發音，重音在第二音節而且還有個「長音a」。
在英文的行星名称，天王星的名稱是唯一取自希臘神話而非羅馬神話的，Uranus被鈾的發現者馬丁·克拉普羅特用來命名在1789年新發現的元素铀，Uranium。
天王星的天文符號是，是火星和太陽符號的結合，因為天王星是希臘神話的天空之神，被認為是由太陽和火星聯合的力量所控制的。天王星在占星學上的符號，是拉朗德在1784年建議的。在給赫歇爾的一封信中，拉朗德描述它是“un globe surmonté par la première lettre de votre nom”（圆球的上方放置着您名字的首字母）
軌道和自轉
的天王星影像，可以看見雲帶、環和一些衛星。]]
天王星每84個地球年環繞太陽公轉一週，與太陽的平均距離大約30億公里，行星上陽光的強度只有地球的1/400。它的軌道参数在1783年首度被拉普拉斯計算出來，
天王星內部的自轉週期是17小時又14分，但和所有巨行星一樣，其上部的大氣層朝自轉的方向可以产生非常強的風。實際上，在有些緯度，像是從赤道到南極的2/3路徑上，可以看見移動得非常迅速的大氣，靠近南極地區的風速高達720公里/小時，只要14個小時就能完整的环绕行星一週。
轉軸傾斜
天王星的自轉軸可以說是躺在軌道平面上的，傾斜的角度高達97.77275°，這使它的季節變化完全不同於其他的行星。其它行星的自轉軸相對於太陽系的軌道平面都是朝上的，天王星的轉動則像球的傾倒滚动。當天王星在至點附近時，一個極點會持續的指向太陽，另一個極點則背向太陽。只有在赤道附近狹窄的區域內可以體會到迅速的日夜交替，但太陽的位置非常的低，有如在地球的極區。運行到軌道的另一側時，換成軸的另一極指向太陽；每一個極都會有被太陽持續的照射42年的极昼，而在另外42年則处于极夜。在接近分點時，太陽正對著天王星的赤道，天王星的日夜交替會和其他的行星相似。在2007年12月7日，天王星經過了晝夜平分點。
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這種軸的指向帶來的一個結果是，在一年之中，天王星的極區得到來自於太陽的能量多於赤道，不過，天王星的赤道依然比極區熱。導致這種結果的機制仍然未知；天王星異常的轉軸傾斜原因也不知道，但是通常的猜想是在太陽系形成的時候，一顆地球大小的原行星撞擊到天王星，造成的指向的歪斜。在1986年，航海家2號飛掠時，天王星的南極幾乎正對著太陽。標記這個極是南極是基於國際天文聯合會的定義：行星或衛星的北極，是指向太陽系不變平面的上方（不是由自轉的方向來決定）。但是，仍然有不同的協定被使用著：一個天體依據右手定則所定義的自轉方向來決定北極和南極。根據後者的座標系，1986年在陽光下的極則是北極。
可見性
從1995至2006年，天王星的視星等在＋5.6至＋5.9等之間，勉強在肉眼可見的＋6.0等之上，它的角直徑在3.4至3.7弧秒；比較土星是16至20弧秒，木星則是32至45弧秒。
物理性质
天王星主要是由岩石與各種成分不同的水冰物質所組成，其組成主要元素為氫（83%），其次為氦（15%）。在許多方面天王星（海王星也是）與大部分都是氣態氫組成的木星與土星不同，其性質比較接近木星與土星的地核部份，而沒有類木行星包圍在外的巨大液態氣體表面（主要是由金屬氫化合物氣體受重力液化形成）。天王星並沒有土星與木星那樣的岩石內核，它的质量平均分佈在整個星球。直接以肉眼觀察，天王星的表面呈現蓝绿色，這是因為它的甲烷大氣吸收了大部分的紅色光譜所導致。
內部結構
天王星的質量大約是地球的14.5倍，是已知在太阳系中的冰巨星中（除冥王星）質量最小的，它的平均密度是1.27公克/公分³比起海王星少了点。直徑雖然與海王星相似（大約是地球的4倍），但質量較低。天王星內部冰的總含量還无法精確的知道，根據選擇模型的不同而有不同的结果，但是總是在地球質量的9.3至13.5倍之間。氫和氦在全體中只佔很小的部份，大約在0.5至1.5地球質量。冰的地函實際上並不是由一般意义上所謂的冰組成，而是由水、氨和其他揮發性物質組成的熱且稠密的流體。天王星和海王星的大塊結構與木星和土星相當的不同，冰的成分超越氣體，因此有理由將它們分開另成一類為冰巨行星。
上面所考慮的模型或多或少都是標準的，但不是唯一的，其他的模型也能滿足觀測的結果。例如，如果大量的氫和岩石混合在地函中，則冰的總量就會減少，並且相對的岩石和氫的總量就會提高；目前可利用的數據還不足以讓人们確認哪一種模型才是正確的。這樣的表面將作為這篇文章中高度的零點。
內熱
天王星的內熱看上去明顯的比其他的類木行星為低，在天文的項目中，它是低熱流量。稀薄的暈從大氣壓力1巴的表面向外延伸擴展至半徑兩倍之處，沒有中氣層（散逸層）。
成份（組織）
天王星大氣層的成分和天王星整體的成分不同，主要是氫和氦。，相當於質量百分比。顯示在氣體的巨星中，氦在行星中是不穩定的。對低揮發性物質的豐富度，像是氨、水和硫化氫，在大氣層深處的含量所知有限，但是大概也會高於太陽內的含量。除甲烷之外，在天王星的上層大氣層中可以追蹤到各種各樣微量的碳氫化合物，被認為是太陽的紫外線輻射導致甲烷光解產生的。
對流層
對流層是大氣層最低和密度最高的部份，溫度隨著高度增加而降低，
在對流層頂實際的最低溫度在49至57K，依在行星上的高度來決定。對流層頂是行星的上升暖氣流輻射遠紅外線最主要的區域，由此處測量到的有效溫度是59.1±0.3K。
對流層應該還有高度複雜的雲系結構，水雲被假設在大氣壓力（5到10百萬帕），氨氫硫化物雲在（2到4百萬帕）的壓力範圍內，氨或氫硫化物雲在3和10巴（0.3到1百萬帕），最後是直接偵測到的甲烷雲在（0.1到0.2百萬帕）。對流層是大氣層內非常生氣蓬勃的部份，展現出強風、明亮的雲彩和季節性的變化，將會在下面討論。
上層大氣層
天王星大氣層的中層是平流層，此處的溫度逐漸增加，從對流層頂的53K上升至增溫層底的800至850K。平流層的加熱來自於甲烷和其他碳氫化合物吸收的太陽紫外線和紅外線輻射，甲烷光解的結果形成這部分的大氣層。熱也來自增溫層的傳導。碳氫化合物相對來說只是很窄的一層，高度在100至280公里，相對於氣壓是10至0.1毫巴（1000到10千帕），溫度在75K和170K之間。
天王星大氣層的最外層是增溫層或暈，有著均勻一致的溫度，大約在800至850K。電離層是承受太陽紫外線輻射的主要區域，它的密度也依據太陽活動而改變。極光活動不如木星和土星的明顯。
行星環
天王星有個複雜的行星環系統，它是太陽系中繼土星環之後發現第二個環系統。環確實的發現日期是1977年3月10日，在詹姆斯·勒德洛·埃利奧特、愛德華·W.·杜漢、和透過柯伊伯機載天文台觀測時意外的發現。他們原本的計畫是觀測天王星掩蔽SAO 158687以研究天王星的大氣層。然而，當他們分析觀測的資料時，他們發現在行星掩蔽的前後，這顆恆星都曾經短暫的消失了五次。他們認為，必須有個環系統圍繞著行星才能解釋。後來他們又偵測到四個額外的環。在2006年4月，凱克天文台公布的新環影像中，外環的一圈是藍色的，另一圈則是紅色的。
關於外環顏色是藍色的一個假說是，它由來自天卫二十六的細小冰微粒組成，因此能散射足夠多的藍光。天王星的內環看起來是呈灰色的。海王星也有一個相似的偏移和傾斜的磁場，因此有人認為這是冰巨星的共同特點。
儘管有這樣奇特的準線，天王星的磁層在其他方面與一般的行星相似：在他的前方，位於23個天王星半徑之處有弓形震波，磁層頂在18個天王星半徑處，徹底發展完成的磁尾和輻射帶。綜上所論，天王星的磁層結構不同於木星的，而比較像土星的。
天王星的磁層包含帶電粒子：質子和電子，還有少量的離子，微粒的分布受到天王星衛星強烈的影響，在衛星經過之後，磁層內會留下值得注意的空隙。在天王星的兩個磁極附近，有相對算是高度發達的極光，在磁極的附近形成明亮的弧。有人提出解釋認為這種特徵是天王星的內熱低於其他巨大行星的結果。記錄到天王星對流層頂的最低溫度是49K，比海王星還要冷，使天王星成為太陽系溫度最低的行星（原来最低的冥王星已不再是行星）。被稱為南半球的“衣領”。極冠和衣領被認為是甲烷雲密集的區域，位置在大氣壓力1.3至2巴的高度。（見上文）
季節變化
在2004年3月到5月這一短暫期間，很多片大塊雲彩出現在天王星大氣層裡，這讓天王星有著類似海王星般的外觀。觀察到229米/秒（824公里/時）的破表風速，和被稱為“7月4日煙火”的雷雨風暴。雖然為何這突如其來活動暴漲的發生原因仍未被研究員所明瞭，但是它呈現了天王星極度傾斜的自轉軸所帶來的季節性的氣候變化。從1960年開始的微波觀測，深入對流層的內部，也得到相似的週期變化，最大值也在至點。從1970年代開始對平流層進行的溫度測量也顯示最大值出現在1986年的至日附近。
然而，有某些理由相信天王星物理性的季節變化也在發生。當南極區域變得明亮時，北極相對的呈現黑暗，這與上述概要性的季節變化模型是不符合的。在1944年抵達北半球的至點之前，天王星亮度急遽提升，顯示北極不是永遠黑暗的。同時，北半球的活動也證實是增強了，
形成
有些論點認為氣體巨星和冰巨星在形成的時候就有差異存在，太陽系的誕生應該開始於一個氣體和塵土構成的巨大轉動的球體，也就是前太陽星雲。當它凝聚時逐漸形成盤狀，在中心的崩塌形成了太陽。目前的太陽系形成理論在計算遠離木星土星的天王星和海王星上遭遇了困難。他們塊頭過大，以至於無法在那個距離上取得足夠的材料來形成。相反的，某些科學家認為這兩顆行星是在離太陽較近的位置形成之後，才被木星驅趕到外面的。然而，近來越來越多將行星遷移計算在內的模擬，似乎已能在他們現存的位置上形成天王星和海王星。這些衛星的名稱大部分出自莎士比亞和蒲柏的歌劇中。五顆主要衛星的名稱是“米蘭達”（天衛五）、“艾瑞爾”（天衛一）、“烏姆柏里厄爾”（天衛二）、“泰坦尼亞”（天衛三）和“歐貝隆”（天衛四）。這些衛星由冰和岩石組成，大約是50%的冰和50%的岩石，冰也許包含氨和二氧化碳。
在這些衛星中，天衛一有著最年輕的表面，上面只有少許的隕石坑；天衛二看起來是最老的。與地幔上湧並擠入相關的外部加工很可能是天衛五「賽道」般運河的起源。同樣的，天衛一被認為曾經處於與天衛三4:1軌道共振的位置。
探測
航向海王星時拍攝的天王星。]]
在1986年，NASA的航海家2號拜訪了天王星。這次的拜訪是唯一的一次近距離的探測，並且目前也還沒有新的探測計畫。航海家2號在1977年發射，在繼續前往海王星的旅程之前，於1986年1月24日最接近天王星，距離近達81,500公里。航海家2號研究了天王星大氣層的結構和化學組成，發現了10顆新衛星，還研究了天王星因為自轉軸傾斜97.77°所造成的獨特氣候，並觀察了天王星的環系統。他也研究了天王星的磁場：不規則的結構、傾斜的磁軸、和如同拔塞螺絲般扭曲並斜向一側的磁尾。他對最大的五顆衛星做了首度的詳細調查，並研究當時已知的九圈光環，也新發現了兩道光環。
參見
*天王星特洛伊
*太陽系流體靜力平衡天體列表
*太陽系探測器列表
*太陽系探索年表
*旅行者2号
*新视野二号
*占星術的天王星
注释与參考資料
注释
参考资料
外部連結
- [http://solarsystem.nasa.gov/ NASA太阳系探索]提供的
- 2005年发现天王星卫星和环的相关新闻报道：
** [http://space.com/scienceastronomy/051222_uranus.html New Moons and Rings found at Uranus], Space.com
** [http://www.msnbc.msn.com/id/10574903/ Two more rings discovered around Uranus], MSNBC
- Project Shum提供的[http://www.projectshum.org/Planets/uranus.html 天王星资料]
- 喷气推进实验室提供的[http://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Uranus 天王星]图集
- [http://skytonight.com/news/4435217.html Spring Has Sprung on Uranus]
- [http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/uranusfact.html NASA的天王星图片集]
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