独特的天王星
在晴朗的夜晚要想观看天王星，并不是很难。它的亮度是5.7等。它的公转周期相当缓慢，每84年绕太阳一周，平均每天只移动46″，不容易与恒星区分，历史上曾多次被误认为是恒星而被载入星图。
在古老的希腊神话中，天王星被看做是第一位统治整个宇宙的天神——乌刺诺斯。他和地母该亚结合，生下了后来的天神，是他费尽心机将混沌的宇宙规划得和谐有序。因他地位显赫，译成中文便是天王星。
“1781年3月13日，星期二晚上10～11点钟，我正考察双子座H星附近一群小星时，发现了一个异常明亮的星。我将它同双子座H星及双子、御夫座之间的小星做比较，发现它比任何一个都亮。我怀疑它可能是一颗彗星。当我首次看到这颗彗星时，用的是227倍的天文望远镜。根据经验，我知道恒星的直径不随放大率的增高而增大。而行星正相反。因此，我换上460倍和932倍的目镜观测……发现它的直径随放大率的增高而增大。”这是200多年前，一位英国音乐教师、天文爱好者，后来成为举世闻名的大天文学家威廉·赫歇耳，用自己制造的天文望远镜发现天王星时的历史性记录。1781年3月13日夜晚，他在院子里与他的妹妹用自制的反射式望远镜观察星空时，偶然间在双子座发现了一颗与众不同的淡绿色的星星，心中不免惊颤。这是一颗什么星呢？他让妹妹将观察内容记录了下来，连续几天的跟踪观测使他认定，所发现的一定是太阳系的天体，可能是彗星。于是他把一篇题为《一颗彗星的报告》的论文递交给英国皇家学会。
两年以后，法国科学家拉普拉斯证认并公布了威廉·赫歇耳发现了太阳系的新行星。天文学家们计算出这颗星的轨道，位置是在土星的外侧，从此，太阳系内的第七颗行星就被发现了。这是人类认识太阳之家具有划时代意义的大事。
天王星与太阳的平均距离约为29亿公里，是地球到太阳距离的近20倍，是土星到太阳距离的两倍。这样一颗行星的偶然发现，使人类对太阳系边疆的认识外推了两倍的空间范围。这是对哥白尼建立的日心学说的重大发展。天王星绕太阳一周约84年。从发现到1996年，215年来，天王星绕太阳还没转满三圈。天王星的赤道半径约25900公里，体积是地球的65倍，在行星世界中仅次于木星和土星，居第三位。它的质量为地球的14.6倍，质量比海王星小，居第四位。密度为每立方厘米1.24克。
在行星世界里，天王星有独一无二的特征，即它的赤道面与它绕太阳公转的轨道面倾角为97°55′。这就是说，天王星的自转轴几乎是倒在它的轨道面上，以躺着的姿势绕太阳运动。这是太阳家庭中的又一大特例。以这样的姿势运动使天王星上的四季和昼夜现象复杂化了。首先，天王星的南北两极基本上在它的轨道面上，赤道面与其轨道面基本垂直了。有人戏称天王星是一个“被颠倒的行星世界”。当它的南极朝向太阳的时候，南半球为夏季，南极点几乎受到太阳的直射，南半球见到太阳距地平的高度随纬度的减低而降低。而且在天王星自转过程中，太阳是不落山的。这就是说，当南半球是夏季时，又是日不落山的。相反，此时在北半球正是冬季，又是日不升起的漫长的黑夜。对天王星的两极来说，基本上是42年白天和42年的黑夜。关于天王星的自转周期，过去通过光谱分析测定为24小时，经“旅行者2号”测定为16小时28分钟。
1977年3月10日，发生了天王星遮掩恒星SAO158687的罕见天象，全世界许多国家的天文工作者都参加了观测。其中美国、中国、澳大利亚、印度和南非五国都同时发现天王星有像土星一样的光环。这是地面观测的一项重大发现，轰动了全世界。
最令人鼓舞的是1986年1月“旅行者2号”对天王星的探测成果。“旅行者2号”是1977年8月20日由美国发射的。它于1979年7月考察了木星，1981年8月又探测了土星。在太空中边探测边飞行，历时8年零3个月，行程48亿公里，于1986年1月24日到达天王星附近，又开始繁忙的探测活动。从地球上观测天王星时，天王星最大的视直径仅有3″多一点。而今，“旅行者2号”到达了天王星的身边，给我们送来的有关天王星的信息量胜过其被发现以来205年的总和。难怪行星物理学家们对此感兴趣。探测表明：天王星浓密的大气层是由氢和氦构成的甲烷云层，它吸收红光，使天王星呈现蓝绿色的光芒，甲烷上方是结晶体组成的浓雾。大气层的温度为-176℃，大气中有风暴云在移动。探测时天王星的南极正朝向太阳，被浓雾笼罩着，因此，天王星的北极反而比南极温度高。此外，还发现由氢分于辐射出的紫外线辉光，叫电辉光。天王星也有磁场，但只有地球磁场强度的1％，也有辐射带。新发现10颗天王星的卫星，使天王星卫星总数达15颗。发现天王星光环是由二十几个同心环组成的。这一系列的新发现使天王星名声大振，成为行星世界中出类拔萃的行星。天王星是在土星外面绕太阳公转的，84.01个地球年公转1周。天王星自转方式非常奇特，就像一个耍赖的小孩，躺在地上打滚似的。天王星横躺在轨道上一边打着滚，一边绕太阳转圈。天王星如此运动的结果是天王星上的春秋两季，有着快速的昼和夜的交替，约每隔16.8小时太阳就升起一次。而冬夏两季和春秋两季则截然不同，当天王星的南半球对着太阳时，南半球处于夏季，这时期的太阳总是在南半球上空转圈子，永不下落。整个夏季南半球始终是白昼。这时背向太阳的北半球则处于冬季，整个冬季要度过长达21个地球年的漫长黑夜，难怪有人把天王星称做为“一个颠倒的行星世界”。在1977年之前，我们只知道天王星有5颗卫星，这5颗卫星几乎都在接近天王星的赤道面上，绕天王星转动。因为天王星的自转轴倾斜为98°角，这5颗卫星都成了逆行卫星。其中，天卫三和天卫四较大，直径分别为1000千米和1630千米，其余三颗比较小，最小的天卫五是1948年美国天文学家柯伊伯发现的，直径为484千米。天卫五的地形复杂，有高达24千米的山峰，坑坑洼洼的洞和数条线状的沟，它的成因迄今依然还是个谜。
1986年“旅行者2号”探测器造访了这颗行星，发现了10颗新卫星，使它的卫星数目增加了2倍，共计15颗，新发现的卫星都很靠近天王星，但都比较小，直径多在20～100千米之间。最大的一颗直径为160千米，此卫星被称为1985UI。只有这颗卫星是“旅行者2号”在飞往天王星的旅途中发现的。天王星的面目才稍稍揭开，还会不断有新的疑谜产生。要想更深地了解谜一样的天王星，还要靠天文学家们的长期不懈的努力。
天王星上的意外发现
土星有美丽而奇特的光环早已是众所周知的事了，光环似乎成了土星的“专利”。直到20世纪70年代才打破了这种垄断现象。
1977年3月10日，在一次天王星掩恒星的天象观测中，天王星在天空中缓慢移动，从天秤座中一颗编号为SAO158687号的暗恒星后面经过，出现了罕见的掩星天象。中国、美国、澳大利亚、印度和南非的天文台都抓住这难得遇到的机会进行观测。掩星前出现5次和掩星后出现5次忽暗忽亮现象。经过天文学家们的分析，确认天王星也有光环，是9条细环，宽度约10万千米。
1986年1月24日“旅行者2号”探测器以每小时72000千米的速度飞掠天王星时，又发现了天王星的11个环，纠正了9个环的认识。天王星共有20个环，不同的环有不同的颜色，给这颗遥远的行星增添了新的光彩。
天王星也具有辐射带，还有类似于在地球南北极出现的极光。隔16小时3分至16小时5分发生一次，说明天王星也有磁场。天王星磁场与其自转轴之间的倾角约为50°，其磁层中主要是由氢离子，氦离子和氨离子构成。自从1781年天王星被发现以后，人们发现天王星老是不守“规矩”，在绕太阳转圈的轨道上总是东摇西晃的，使众多的天文学家们感到困惑不解：或许在天王星的外侧还有1颗大行星，由于它的存在，造成天王星的行动异常！19世纪，许多天文学家们致力于搜索这颗“天外行星”的热门工作。当时有两位青年——英国亚当斯和法国勒威耶在互不知晓的情况下，分别进行了整整2年的计算工作，1845年亚当斯先算出“天外行星”的轨道，但是，格林尼治天文台却把他的论文束之高阁，错过了首先找到新星的良机。1846年9月18日，勒威耶把计算结果寄到了柏林，却受到了重视。柏林天文台的伽勒不失时机地搜索这颗“天外行星”，最终在勒威耶指点的位置附近发现了这颗新行星，这就是太阳系家族的第八颗大行星——海王星。
笔尖下发现的海王星，使太阳系的疆域又一次向外推移，达到了45亿公里之遥，同时，为哥白尼学说和牛顿力学提供了最好的佐证，成为科学史上一段脍炙人口的佳话。
