行星：天王星和海王星 20190816

秦岭居士

天王星和海王星这两颗远日行星，在太阳系八大行星中，他们两个非常相似，大小相仿颜色接近，都有10来到20几颗卫星，都是冰巨星表面温度都非常低，甚至有天文学家认为这么两颗相似的行星，都出现在太阳系的接近的地方不够合理。

他们有接近相同成分的大气，分别由氢、氦气和甲烷组成。天王星大气中三者比例为83%、15%、2%；而海王星为80%、19%和1.5%。

这2%和1.5%的甲烷比例，使得天王星呈现出蔚蓝色，让海王星呈现出深蓝色。

除了部分相同和相似点，当然这两颗冰巨星更多的是各自的独特性。

天王星的自白：

1.我家很远：离太阳平均距离大约29亿公里，离地球26亿。

2.我是冰美人：我是太阳系最冷的行星，我有蓝色大理石的迷人色彩，但那是零下224℃冰的颜色。

3.太阳从西面出来：人家都是从西往东转，而我是从东往西转，金星是跟我学的。

4.还是躺着舒服：我的自转轴和公转平面几乎平行，人家就说我躺着公转。这样我的光环就和土星不一样，咱是立起来的。

5.不一样的磁场：有多个磁极，59度磁偏角，就是说磁极离两极很远，这点跟地球差距很大，但磁场强度跟地球差不多。

6.咱也自带光环：在地球上看不到天王星的光环，但实际上有比较暗淡的光环，而且是多个光环。

7.瞧我们这一家子：27颗卫星，光旅行者探测器这次过去就给发现了10颗卫星。有五个卫星明显比其他的大，最大的天卫3，直径有1500多公里,但大部分卫星直径只有几公里到几十公里。

8.我到底有没有狐臭：我的大气很复杂，对流层、平流层、增温层、电离层……我大气仍以氢氦为主，可能有点硫化氢，但臭不臭没人闻过，说我有狐臭尚属谣言。

《大众天文学》

在这章一开始就讲了一个在英国生活的德国少年威廉.赫歇尔的故事，这个以演奏风琴为职业的年轻人却爱好数学和天文。他想拥有观测星球的望远镜，但钱不够，他决定自己做望远镜，图片上就是他1774年做的像超级大炮一样的望远镜，1781年他就是用自制望远镜发现了天王星。

他成名了，不再从事音乐而成了天文学家和望远镜的制造商，他制造出了是当时世界上最大的望远镜，用这个望远镜，第2天他就发现了土星的第6颗卫星，连他妹妹都用此发现了一颗彗星。

实际上，天王星的发现还是曲曲折折的，以前也有天文学家观测到过许多次但他们都没想到，这是一颗行星，连发现者本人最开始看到这颗星体的时候，认为它是一颗恒星或者是一颗彗星。因为当时的天文学家都根深蒂固的认为，太阳系的行星只有6颗。

《行星》

而《行星》也是从一个故事讲起，Far far away……很远很远的地方，也很冷很黑暗，但是那里有太阳系的两颗大的行星，地球上的人们就很想去拜访一下他们，于是就在1977年8月底9月初发射了两颗旅行者号探测器，一路探测木星土星天王星和海王星和众多卫星。一路可以拜访这么多星体的原因，是天文学家，利用170多年一遇的行星联珠，这个时候远处的这几颗大行星正好在接近一条直线上。

旅行者探测器发现天王星是个永久冷冻的冰巨星，是太阳系最冷的行星，

表面最低温度为-224度。

天王星也有卫星环，但比较暗淡，不容易从地球上发现，直到1977年才发现。旅行者2号花了8年多时间，才给这颗最冷的星球带来了地球的问候。

图为天王星和地球的大小相比较。

天文学家根据旅行者号提供的数据得出，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，大约扩展占有剩余20%的半径，但质量大约只有地球的0.5倍。科学家们还猜想，天王星里面有一个很大的温度有几千度液态海洋，科学家的猜想有时很夸张。

天王星的公转与自转

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。

天王星内部的自转周期是17小时又14分，但天王星上部的大气层朝自转的方向有非常强的风。所以有些纬度，感觉天王星表面14个小时就能自转一周。

天王星是躺在轨道平面上自转的，自转倾角97.77°，这使得它的季节变化完全不同于其他的行星。当天王星在至日（相当于地球的春分和秋分）前后时，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（大约南北纬度8°）狭窄的区域内可以体会到迅速的日夜交替；其余地区则是长昼或长夜，没有日夜交替。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射42年的极昼，而在另外42年则处于极夜。

天王星的行星

目前天王星有27颗已知的卫星，其中最大最规则的五颗是在1948年前发现的。1787年英国天文学家兼音乐家威廉·赫歇尔发现了其中最大的两颗卫星，天卫三和天卫四，其中天卫三是天王星最大的卫星，直径为1,578 千米，列太阳系第八大卫星。1851年英国天文学家威廉·拉塞尔发现了天王星的外两颗较大的卫星：天卫一和天卫二。比较有趣的是拉塞尔先生早年曾从事啤酒酿造行业而发财，后来由于对天文学的爱好而自建天文台，他还发现了海卫一和土卫七。

1948年荷兰裔美国天文学家杰拉德·彼得·柯伊伯（Gerard Kuiper）发现了天卫五。这个柯伊伯就是发现著名柯伊伯带的天文学家，被誉为现代行星天文学之父。

除这五颗大的规范卫星，其它都是在旅行者2号探测器到达之后的时间里发现的。

海王星印象：

1.很远：太阳系中最远的行星，离太阳45亿公里，绕太阳转一圈将近165年，可自转一圈只有16小时。

2.忒蓝：大气中有甲烷，吸收了红光，所以看起来特别蓝。

3.特冷：太阳系第2冷的星球 表面温度零下214℃

4.风暴：太阳系最猛的风暴，时速超过2000公里/小时。

5.家族：有14颗卫星，个头普遍都比较大，最大的是海卫一直径2720公里，比月亮小一点。海卫八直径有400多公里，居然是个不规则形状。14个卫星中有6颗是旅行者2去了后发现的。

6.神秘：躲在悠远的黑暗处，看也看不清楚，只有旅行者2号访问过。

《大众天文学》又讲了一个故事，海王星的故事。数学家说，影响天王星轨道的是另外一颗行星，已经推算出，他在在某个时候出现在天空的某一点。于是有人把望远镜指向了这一点，一个小时后它被找着了，这就是海王星。实际上没有这么简单这过程挺曲折，1781年发现了天王星，一直到1846年才发现了海王星。确实数学家很厉害，他们计算天王星轨道的时候，推测到应该有一刻比较近比较大的天体对天王星产生摄动，这才导致了海王星的发现。

《行星》纪录片讲到海王星，距离太阳45亿公里，质量是地球的17倍，超过比它更大的天王星。说他有剧烈的气象活动，它上面的风暴速度超过2000KM/H，是太阳系中风暴速度最快的。另外旅行者2号在南半球看到一个大黑斑，有地球大小，但在四五年后又消失了。令人迷惑的是，他离太阳那么远，获得的太阳能很少，这么强烈的风暴能量来自哪里？旅行者2号还发现了一些奇怪的事情，比如他离的太阳比天王星远的多，但它的表面温度却比天王星高（-214℃），又如海王星散发出去的能量是它从太阳得到能量的2.5倍以上。

旅行者2号还探测了海王星14个卫星中最大的一个——海卫一，冰冷海卫一表面覆盖着冻结的固态氮，但它居然有巨大的喷泉，向空中喷射物质达8公里高。

另外比较奇怪的是，海卫一的公转方向与海王星的自转方向相反。由此科学家判定，海卫一不是海王星诞生时就有的一颗卫星，而是海王星捕捉了一颗外来星体。

海王星的卫星：



威廉·拉索尔于1846年发现海王星，17天之后便发现海卫一。杰拉德·柯伊伯于1949年发现海卫二。海卫七首次在1981年被发现。

旅行者二号于1989年掠过海王星的时候发现了5颗新的内圈卫星，使卫星数目增至8颗。2002年和2003年地面太空望远镜对天观察发现了5颗外圈卫星，总数增至13颗。

美国航天局2013年7月15日宣布，哈勃太空望远镜发现了海王星的又一颗卫星。至此，海王星拥有的卫星数量上升至14颗。

海卫一是太阳系中仅有的具有逆行轨道的大卫星，其轨道与行星的自转方向相反。海卫一的直径为2706.8千米，是太阳系中第七大卫星，是海王星卫星中仅有的质量足以达到流体静力平衡的，并且按与主行星的质量比来算是第二大卫星，仅次于月球与地球的质量比。由于其逆行轨道和类似于冥王星的物质构成，海卫一被认为是从柯伊伯带捕获的矮行星。

海卫二是海王星第三大卫星却是第二个被发现，由美籍荷兰天文学家杰拉德·柯伊伯于1949年发现，他的直径是340千米。

海卫八是由旅行者2号在1989年飞经海王星所摄取的图像而发现的，尽管它比海卫二大，但发现的时间并不早，因为这颗卫星十分暗淡，它又如此靠近海王星，以致于在比它亮得多的行星的“眩目的”光中很难看到。

天王星海王星探测：

他们真的太远，探测起来很困难，不论用望远镜还是探测器，现在只有旅行者号星际探测器访问过他们，也就是说我们对他们的了解非常有限，对他们的探测也刚刚开始。

由于这两颗远日冰巨星，离地球也过于遥远，到目前人类还没有专门的探测器拜访这两个大家伙，只有旅行者太空探测器顺路拜访了一次。

1977年8月20日，美国旅行者二号探测器在肯尼迪航天中心发射成功。经过8年多的星际航行，终于在1986年1月抵达天王星，这是人类历史上首次有探测器前往天王星。

旅行者2号这时距离天王星的云层顶部81,500公里，探测器送回地球的7000多张照片，天文学家据此发现了天王星10个之前未知的天然卫星，并观察了他的不甚明亮的行星环系统，并“近距离”观测了天王星的主要卫星，并在天卫五上有重大发现。

在短暂访问天王星后，旅行者二号掉头前往海王星。三年后，它来到海王星，开始观察海王星。