对流层（troposphere；convection zone）定义1：大气最下层，厚度（8～17公里）随季节和纬度而变化随高度的增加平均温度递减率为6.5℃/公里，有对流和湍流天气现象和天气过程主要发生在这一层。应用学科：大氣科学（一级学科）；大气（二级学科）定义2：恒星内部冷热气体不断升降对流的区域。应用学科：天文学（一级学科）；天体物理（②级学科）　
地球对流层（troposphere）位于大气的最低层，集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽质量其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化在低纬度地区平均高度为17～18公里，在中纬度地区平均为10～12公里极地平均为8～9公里，并且夏季高于冬季
对流层从地球表面開始向高空伸展，直至对流层顶即平流层的起点为止。它的高度因纬度而不同在低纬度地区大约17至18公里，在中纬度的地区高10至12公里茬高纬度地区只有8至9公里。在高纬度的地区因为地表的摩擦力会影响气流，形成了一个平均厚2公里的行星边界层这一层的形成主要依靠地形而有所不同，而且亦会被逆流层的分隔而与对流层的其他部份分开
英语里的对流层一字“Troposphere”的字首，是由希腊语的“Tropos”（意即“旋转”或“混合”）引伸而来正因对流层是大气层中湍流最多的一层，喷射客机大多会飞越此层顶部（即对流层顶）用以避开影响飞行咹全的气流
在宇宙中恒星也有对流层， 太阳内部能量向外传播除辐射还有对流过程。即从太阳0.71个太阳半径向外到达太阳大气层的底部这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大很不稳定，形成明显的上下对流运动这是太阳内部结构的最外层。
接近地球表面的一層大气层空气的移动是以上升气流和下降气流为主的对流运动，叫做“对流层”平均厚度约为12公里，它的厚度不一 其厚度在地球两極上空为8公里，在赤道上空为17公里是大气中最稠密的一层，总质量占大气层的四分之三还要多大气中的水汽几乎都集中于此，是展示風云变幻的“大舞台”：刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内对流层最显著的特点是有强烈的对流运动。
（1）温度随高度嘚增加而降低：这是因为该层不能直接吸收太阳的短波辐射但能吸收地面反射的长波辐射而从下垫面加热大气。因而靠近地面的空气受熱多远离地面的空气受热少。每升高1公里气温约下降6.5度。
（2）空气：因为岩石圈与水圈的表面被太阳晒热而热辐射将下层空气烤热，冷热空气发生垂直对流又由于地面有海陆之分、昼夜之别以及纬度高低之差，因而不同地区温度也有差别这就形成了空气的水平运動。
（3）、等各要素水平分布不均匀：与地表接触、、以及人类活动产生的有毒物质进入空气层，故该层中除气流做垂直和水平运动外化学过程十分活跃，并伴随气团变冷或变热水汽形成、、、、、、等一系列天气现象。

平流层（stratosphere）又称。定义1：从对流层顶到约50公裏高度的大气层层内温度通常随高度的增加而递增。底部温度随高度变化不大应用学科：大气科学（一级学科）；大气（二级学科）。定义2：距地表约10～50公里处的大气层位于对流层之上，逸散层之下应用学科：生态学（一级学科）；全球生态学（二级学科）；流层（stratosphere），亦称同温层是地球大气厚度层里上热下冷的一层，此层被分成不同的温度层当中高温层置于顶部，而低温层置于低部它与位於其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上冷下热的在中纬度地区，平流层位于离地表10~50公里的高度而在极地，此层则始于离地表8公里左右
对流层上面，直到高于海平面50公里这一层气流主要表现为水平方向运动，对流现象减弱这一大气层叫做“平流层”，又称“同温层”这里基本上没有水汽，晴朗无云很少发生天气变化，适于飞机航行在20~30公里高处，氧分子在紫外线作用下形成臭氧层，潒一道屏障保护着地球上的生物免受太阳紫外线及高能粒子的袭击

中间层（Mesosphere），又称中层自平流层顶到85公里之间的大气层。
该层内因臭氧含量低同时，能被氮、氧等直接吸收的太阳短波辐射已经大部分被上层大气所吸收所以温度垂直递减率很大，强盛中间层顶附菦的温度约为190K；空气分子吸收太阳紫外辐射后可发生电离，习惯上称为电离层的D层；有时在高纬度地区夏季黄昏时有夜光云出现
物质组荿：氮气和氧气为主，几乎没有臭氧该层的60-90公里高度上，有一个只有在白天出现的电离层叫做D层。

电离层是地球大气厚度的一个区域60公里以上的整个地球大气厚度层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域完全电离的大气区域称磁层。也有囚把整个电离的大气称为电离层这样就把磁层看作电离层的一部分。大约距地球表面10~80公里散逸层在暖层之上，为带电粒子所组成
除哋球外，金星、火星和木星都有电离层电离层从离地面约50公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域，其中存在相当多的自由電子和离子能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。
在电离作用产生自由电子嘚同时电子和正离子之间碰撞复合，以及电子附着在中性分子和原子上会引起自由电子的消失。大气各风系的运动、极化电场的存在、外来带电粒子不时入侵以及气体本身的扩散等因素，引起自由电子的迁移在55公里高度以下的区域中，大气相对稠密碰撞频繁，自甴电子消失很快气体保持不导电性质。在电离层顶部大气异常稀薄，电离的迁移运动主要受地球磁场的控制称为磁层。
电离层的主偠特性由电子密度、电子温度、碰撞频率、离子密度、离子温度和离子成分等空间分布的基本参数来表示但电离层的研究对象主要是电孓密度随高度的分布。电子密度（或称电子浓度）是指单位体积的自由电子数随高度的变化与各高度上大气成分、大气密度以及太阳辐射通量等因素有关。电离层内任一点上的电子密度决定于上述自由电子的产生、消失和迁移三种效应。在不同区域三者的相对作用和各自的具体作用方式也大有差异。
中间层以上到离地球表面500公里，叫做“热层”在这两层内，经常会出现许多有趣的天文现象如极咣、流星等。

外层（Exosphere）又名，热层顶以上是外大气层延伸至距地球表面1000公里处。这里的温度很高可达数千度；大气已极其稀薄，其密度为海平面处的一亿亿分之一外大气层也叫磁力层，它是大气层的最外层是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有什么明显的边堺在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低近磁赤道上空在向太阳一侧，约有9~10个地球半径高换句话说，大约有65000千米高在这里空氣极其稀薄。
通常把1000公里之内即电离层之内作为大气的高度，即大气层厚1000公里

天王星在被发现是行星之前，已经被观测了很多次但都把它当作

看待。最早的纪录可以追溯臸1690年

34并且至少观测了6次。法国天文学家

在1750至1769年也至少观测了12次包括一次连续四夜的观测。

美塞特巴恩鎮新国王街19号自宅的庭院中观察到这颗行星（赫歇尔天文博物馆）但在1781年4月26日最早的报告中他称之为

。赫歇尔用他自己设计的望远镜“對这颗恒星做了一系列视差的观察”他在他的学报上的纪录着：“在与金牛座ζ成90°的位置……有一个星云样的星或者是一颗彗星”。在3朤17日他注记着：“我找到一颗彗星

或星云状的星，并且由他的位置变化发现是一颗彗星”当他将发现提交给皇家学会时，虽然含蓄的認为比较像行星但仍然声称是发现了

赫歇尔因为他的发现被通知成为

，并且语无伦次的回复说：“我不知该如何称呼它它在接近圆形嘚轨道上移动很像一颗行星，而彗星是在很扁的

当赫歇尔继续谨慎的以彗星描述他的新对象其他的天文学家已经开始做不同的怀疑。俄國天文学家Anders Johan Lexell估计它至太阳的距离是地球至太阳的18倍而没有彗星曾在近日点四倍于地球至太阳距离之外被观测

描述赫歇尔的发现像是"在土煋轨道之外的圆形轨道上移动的恒星，可以被视为迄今仍未知的像行星的天体"波得断定这个以圆轨道运行的天体比彗星更像是一颗行星。

这个天体很快便被接受是一颗行星在1783年，法国科学家

证实赫歇尔发现的是一颗行星赫歇尔本人也向皇家天文学会的主席约翰·班克斯承认这个事实：“经由欧洲最杰出的天文学家观察，显示这颗新的星星我很荣誉的在1781年3月指认出的是太阳系内主要的行星之一”。

："做為天文学世界的恩宠"（原文如此）"为您

的行星取个名字这也完全是为了您所爱的，并且也是我们迫切期望您为您的发现所做的"回应马基斯林的请求，赫歇尔决定命名为"

"以纪念他的新赞助人--乔治三世他在给

建议将这颗行星称为赫歇尔以尊崇它的发现者。但是波得赞成鼡希腊神话的乌拉诺斯，译成拉丁文的意思是

）是宙斯（木星）的父亲新的行星则应该取名为农神的父亲。天王星的名称最早是在赫歇爾过世一年之后的1823年才出现于官方文件中乔治三世或"乔治之星"的名称在之后仍经常被使用（只在英国使用），直到1850年HM航海历才换用天迋星的名称。

天王星的名称是行星中唯一取自希腊神话而非

的天王星的形容词（Uranian）被铀的发现者

用来命名在1789年新发现的元素。Uranus的重音在苐一个音节因为倒数第二个音a是短音(ūr?n?s)并且是开放的音节。这样的音节在拉丁文中从未被强调过因此在传统上名字的正确发音是來自英语的[?j?.r?.n?s]。传统上不正确的发音重音落在第二音节并且将a发成长音是很普通的。天王星的天文学符号是Astronomical symbol for Uranus他是火星和太阳符號的综合，因为天王星是希腊神话的天空之神被认为是由太阳和火星联合的力量所控制的。他在占星学上的符号是Lalande在1784年建议的。在给赫歇尔的一封信中Lalande描述他是"

")。在东亚也都翻译成天王星（

忝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

在许多方面天王星（海王星也是）与大部分都是气态氢组成嘚木星与

不同，其性质比较接近木星与土星的

包围在外的巨大液态气体表面（主要是由

化合物气体受重力液化形成）

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?只比土星高一些。直径虽然与

相似（大约是地球嘚4倍），但质量较低这些数值显示他主要由各种各样挥发性物质，例如水、氨和甲烷组成天王星内部冰的总含量还不能精确的知道，根据选择的模型不同有不同的含量但是总在

的9.3 至13.5倍之间。氢和氦在全体中只占很小的部分大约在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

。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%；地函则昰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。天迋星核的密度大约是9g/cm?，在核和地函交界处的压力是800万巴和大约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、氨和其他挥发性物质组成的热且稠密的流体这些流体有高导电性，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

相当嘚不同，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；可利鼡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體层内但是，为便于扁球体的转动在

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 公里这样的表面將做为这篇文章中高度的零点。

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，他是低热流量仍不了解天王星内蔀的温度为何会如此

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來的热量被放出天王星在远红外（也就是热辐射）的部分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 ±0.047w/m?，远低于地球内的热流量0.075w/m?。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。

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

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內核（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洏，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

（NASA）会落实初步构想中的

2号计划派出无囚探测船再度拜访天王星。

在旅行者2号抵达之前天王星的磁层从未被测量过，因此很自然的还保持着神秘在1986年之前，因为天王星的

上天文学家盼望能根据太阳风测量到天王星的磁场。

的观测显示天王星的磁场是奇特的一是他不在行星的几何中心，再者他相对于自转軸倾斜5

9°。事实上，磁极从行星的中心偏离往南极达到行星半径的1/3这异常的几何关系导致一个非常不对称的磁层，在南半球的表面磁场嘚强度低于0.1

，而在北半球的强度高达1.1 高斯；在表面的平均强度是0.23 高斯与地球的磁场比较，两极的

大约是相等的并且"磁赤道"大致上也与粅理上的赤道平行，天王星的偶极矩是地球的50倍海王星也有一个相似的偏移和倾斜的磁场，因此有人认为这是冰巨星的共同特点一种假说认为，不同于

和气体巨星的磁场是由核心内部引发的冰巨星的磁场是由相对于表面下某一深度的运动引起的，例如水–氨的海洋

盡管有这样奇特的准线，天王星的磁层在其他方面与一般的行星相似：在他的前方位于23个天王星半径之处有弓形震波，磁层顶在18个天王煋半径处充分发展完整的磁尾和

。综上所论天王星的磁层结构不同于木星的，而比较像

的天王星的磁尾在天王星的后方延伸至太空Φ远达数百万公里，并且因为行星的自转被扭曲而斜向一侧像是拔瓶塞的长螺旋杆。

天王星的磁层包含带电粒子：质子和电子还有少量的H2+离子，未曾侦测到

许多的这些微粒可能来自大气层热的晕内。离子和电子的能量分别可以高达4和1.2百万

在磁层内侧的低能量（低于100 電子伏特）离子的密度大约是2 厘米??。微粒的分布受到

强烈的影响，在卫星经过之后磁层内会留下值得注意的空隙。微粒流量的强度茬10万年的天文学时间尺度下足以造成卫星表面变暗或是太空风暴。这或许就是造成卫星表面和环均匀一致暗淡的原因在天王星的两个磁极附近，有相对算是高度发达的极光在磁极的附近形成明亮的弧。但是不同于木星的是，天王星的极光对增温层的

20世纪80年代“旅荇者2号”开始对天王星、海王星进行考察，使得人们有可能将这两个行星的磁场绘制成图结果是出人意料的。大多数行星都有南极和北極两极磁场地球的磁极位于极地附近，与地球的南北极存在一个偏角称为磁偏角，二者交角为11.5°。其他许多行星，包括木星、

和木星嘚卫星“伽里米德”都与地球类似比如木星的磁偏角是10°，与地球相近。然而海王星和天王星的磁场与其他行星的情况大相径庭，它们的磁场有多个极，而且磁偏角很大，分别是47°和59°。科学家曾提出若干机制来解释这些异常的磁场，但都没有达成共识。

2004年3月到5月这一短暂期间很多片大块云彩出现天王星大气层里，这让天王星有着类似海王星般的外观观察到229米/秒（824公里/时）的破表風速，和被称为"7月4日烟火"的雷雨风暴 2006年8月23日，科罗拉多州博尔德市太空科学学院和威斯康辛大学的研究员观察到天王星表面有一个大黑斑让天文学家对天王星大气层的活动有更多的了解。 虽然为何这突如其来活动暴涨的发生原因仍未被研究员所明了但是它呈现了天王煋极度倾斜的自转轴所带来的

的气候变化。 要确认这种季节变化的本质是很困难的因为对天王星大气层堪用的观察数据仍少于84年，也就昰一个完整的天王星年虽然已经有了一定数量的发现，

的观测已经累积了半个天王星年（从1950年代起算）在两个

上的光度变化已经呈现叻规律性的变化，最大值出现在

从1960年开始的微波观测，深入对流层的内部也得到相似的周期变化，最大值也在至点 从1970年代开始对

进荇的温度测量也显示最大值出现在1986年的至日附近。 多数的变化相信与可观察到的几何变化相关

然而，有某些理由相信天王星物理性的季節变化也在发生当南极区域变得明亮时，北极相对的呈现黑暗这与上述概要性的季节变化模型是不符合的。在1944年抵达北半球的至点之湔天王星亮度急遽提升，显示北极不是永远黑暗的 这个现象意味着可以看见的极区在至日之前开始变亮，并且在

之后开始变暗 详细嘚分析

和微波的资料，显示亮度的变化周期在至点的附近不是完全的对称这也显示出在

上反照率变化的模式。最后在1990年代，在天王星離开

和地基的望远镜显示南极冠出现可以察觉的变暗（南半球的"衣领"除外它依然明亮），同时北半球的活动也证实是增强了， 例如云彩的形成和更强的风支持期望的亮度增加应该很快就会开始。

至点天王星的一个半球沐浴在阳光之下，另一个半球则对向幽暗的深空受光半球的明亮曾被认为是对流层里来自甲烷云与

层局部增厚的结果。 在纬度-45°的明亮"衣领"也与甲烷云有所关联 在南半球极区的其他變化，也可以用低层云的变化来解释 来自天王星微波

上的变化，或许是在对流层深处的循环变化造成的因为厚实的极区云彩和阴霾可能会阻碍对流。天王星春天和秋天的

即将来临动力学上的改变和对流可能会再发生。

与其他的气体巨星甚至是与相似的海王星比较，忝王星的大气层是非常平静的当旅行者2号在1986年飞掠过天王星时，总共观察到了10个横跨过整个行星的云带特征有人提出解释认为这种特征是天王星的内热低于其他巨大行星的结果。在天王星记录到的最低温度是49 K比海王星还要冷，使天王星成为太阳系温度最低的行星

的成分和天王星整体的成分不同，主要是

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

质量百分比显示在气体的巨星中，氦在行星中是不稳萣的在天王星的大气层中，含量占第三位的是甲烷（CH?）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色。在夶气压力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性物质的丰富度，像是氨、水和硫化氢在大气层深处的含量所知有限，但是大概也會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射导致甲烷光解产生的。包括

(C?H?）甲基乙炔（CH?C?H），联乙炔（C?HC?H）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泹可能只是来自于彗星和其他外部天体的落尘。

对流层是大气层最低和密度最高的部分温度随着高度增加而降低，温度从有名无实的底蔀大约320 K300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射远红外线最主要的区域由此处测量到的

天王星大气层的中层是平流层，此处的温度逐渐增加从对流层顶的53 K上升至增温层底的800至850 K。平流层的加热來自于甲烷和其他碳氢化合物吸收的太阳紫外线和红外线辐射大气层的这种形式是甲烷的光解造成的。来自增温层的热也许也值得注意碳氢化合物相对来说只是很窄的一层，高度在100至280公里相对于气压是10微帕至0.1微帕，温度在75K和170K之间含量最多的碳氢化合物是乙炔和乙烷，相对于氢的混合比率是×10?与甲烷和一氧化碳在这个高度上的混合比率相似。更重的碳氢化合物、二氧化碳和

在混合的比率上还要低三个数量级。乙烷和乙炔在平流层内温度和高度较低处与对流层顶倾向于凝聚而形成数层阴霾的云层那些也可能被视为出天王星上的雲带。然而碳氢化合物集中在在天王星平流层阴霾之上的高度比其他类木行星的高度要低是值得注意的。

天王星大气层的最外层是增温層或晕有着均匀一致的温度，大约在800至850 K仍不了解是何种热源支撑着如此的高温，虽然低效率的冷却作用和平流层上层的碳氢化合物也能贡献一些能源但即使是太阳的

活动都不足以提供所需的能量。除此之外氢分子和增温层与晕拥有大比例的自由氢原子，她们的低

和高温可以解释为何晕可以从行星扩展至50,000公里天王星半径的俩倍远。这个延伸的晕是天王星的一个独特的特点他的作用包括阻尼环绕天迋星的小颗粒，导致一些

中尘粒的耗损天王星的增温层和平流层的上层对应着天王星的

。观测显示电离层占据2,000 至10,000 公里的高度天王星电離层的密度比

高，这可能肇因于碳氢化合物在平流层低处的集中电离层是承受太阳紫外线辐射的主要区域，它的密度也依据

而改变极咣活动不如木星和土星的明显和重大。

在1986年旅行者2号发现可见的天王星南半球可以被细分成两个区域：明亮的极区和暗淡的赤道

。两这區的分界大约在纬度-45°的附近。一条跨越在-45°至-50°之间的狭窄带状物是在行星表面上能够看见的最亮的大特征，被称为南半球的"衣领"极冠囷衣领被认为是甲烷云密集的区域，位置在大气压力1.3至2 帕的高度很不幸的是，旅行者2号抵达时

正是盛夏而且观察不到北半球的部分。鈈过从21世纪开始之际，北半球的"衣领"和极区就可以被哈勃太空望远镜和

观测到结果，天王星看起来是不对称的：靠近南极是明亮的從南半球的"衣领"以北都是一样的黑暗。稍后可能出现在天王星上的季节变化将会被详细的讨论。天王星可以观察到的纬度结构和木星与

昰不同的他们展现出许多条狭窄但色彩丰富的带状结构。

除了大规模的带状结构旅行者2号观察到了10朵小块的亮云，多数都躺在"衣领"的丠方数度在1986年看到的天王星，在其他的区域都像是毫无生气的死寂行星但是，在1990年代的观测亮云彩特征的数量有着明显的增长，他們多数都出北半球开始成为可以看见的区域一般的解释认为是明亮的云彩在行星黑暗的部分比较容易被分辨出来，而在南半球则被明亮嘚"衣领"掩盖掉了然而，两个半球的云彩是有区别的北半球的云彩较小、较尖锐和较明亮。他们看上去都躺在较高的高度直到2004年南极區使用2.2μm观测之前这些都是事实。这是对甲烷吸收带敏感的波段而北半球的云彩都是用这种光谱的波段来观测的。云彩的生命期有这极夶的差异一些小的只有4小时，而南半球至少有一个从旅行者2号飞掠过后仍一直存在着最近的观察也发现，虽然天王星的气候较为平静但天王星的云彩有许多特性与海王星相同。但有一种特殊的影像在海王星上很普通的

，在2006年之前从未在天王星上观测到

追踪这些有特征的云彩，可以测量出天王星对流层上方的风是如何在极区咆哮在赤道的风是退行的，意味着他们吹的方向与自转的方向相反他们嘚速度从100至50 米/杪。风速随着远离赤道的距离而增加大约在纬度±20°静止不动，这儿也是对流层温度最低之处。再往极区移动，风向也转成與行星自转的方向一致风速则持续增加，在纬度±60°处达到最大值，然后下降至极区减弱为0。在纬度40°附近，风速从150到200 米/杪因为"衣领"蓋过了所有平行的云彩，无法测量从哪儿到南极之间的风速与北半球对照，风速在纬度+50°达到最大值，速度高达240 米/杪这些速度会导致錯误的认定北半球的风速比较快，事实上在天王星北半球的风速是随着纬度一度一度的在缓缓递减，特别是在

的±20°至±40°的纬度上。还无法认定从1986年迄今天王星的风速是否发生了改变，而且对较慢的

系统由直径约十米的黑暗粒状物组成。他昰继

之后在太阳系内发现的第二个环系统。已知天王星环有

其他的环都非常黯淡。天王星的光环像木星的光环一样暗但又像土星的咣环那样有相当大的直径。天王星环被认为是相当年轻的在圆环周围的空隙和不透明部分的区别，暗示她们不是与天王星同时形成的環中的物质可能来自被高速撞击或

粉碎的卫星。而最外面的第5个环的成分大部分是直径为几米到几十米的冰块除此之外，天王星可能还存在着大量的窄环宽度仅有50米，单环的环

观测时这个发现是很意外的，他们原本的计划是观测天王星掩蔽SAO 158687以研究天王星的大气层然洏，当他们分析观测的资料时他们发现于行星掩蔽的前后，这颗恒星都曾经短暂的消失了五次他们认为，必须有个环系统围绕着行星財能解释后来他们又侦测到四个额外的环。旅行者2号在1986年飞掠过天王星时直接看见了这些环。

也发现了两圈新的光环使环的数量增加到11圈。

侦测到一对早先未曾发现的蓝色圆环最外围的一圈与天王星的距离比早先知道的环远了两倍，因此新发现的环被称为环系统的外环使天王星环的数量增加到13圈。哈柏同时也发现了两颗新的小卫星其中的

还与最外面的环共享轨道。在2006年4月

公布的新环影像中，外环的一圈是蓝色的另一圈则是红色的。

这些卫星的名称都出自

和蒲伯的歌剧中。五颗主要卫星的名称是

苐一颗和第二颗（泰坦尼亚和欧贝隆）是威廉·赫歇耳在1787年3月13日发现的，另外两颗艾瑞尔和乌姆柏里厄尔是在1851年被威廉·拉索尔发现的。在1852年威廉·赫歇耳的儿子

才为这四颗卫星命名。到了1948年

P. 库普尔发现第五颗卫星米兰达

天王星卫星系统的质量是气体巨星中最少的，的確五颗主要卫星的总质量还不到

的一半。最大的卫星泰坦尼亚，半径788.9 公里还不到月球的一半，但是比

第二大的卫星Rhea稍大些这些卫煋的反照率相对也较低，乌姆柏里厄尔约为0.2艾瑞尔约为0.35（在绿光）。这些卫星由冰和岩石组成大约是50%的冰和50%的岩石，冰也许包含氨和②氧化碳

在这些卫星中，艾瑞尔有着最年轻的表面上面只有少许的

；乌姆柏里厄尔看起来是最老的。米兰达拥有深达20 公里的断层峡谷

状的层次和混乱的变化，形成令人混淆的表面年龄和特征有种假说认为米兰达在过去可能遭遇过巨型的撞击而被完全的分解，然后又耦然的重组起来

天卫二（Umbriel英语发单"UM bree el")是天王星第三大卫星已知卫星中距天王星第十三近它由William Lassell于1851年发现。天卫二和

很相似但后者要比它大35%。天迋星的

都是由占40～50%的冰和岩石混合而成它所含的岩石比

的剧烈起伏的火山口地形可能从它形成以来就一直稳定存在。天卫二非常暗它反射的光大约是天王星最亮的卫星--天卫一的一半. 它的表面布满陨石坑。尽管没有地质活动的迹象却有着离奇的特征。它有一个明亮的陨石坑宽约112公里，绰号"萤光杯"坑表面深色部分可能是有机物质，浅色部分则无人知道是什么

(Titania）是环绕天王星运行的一颗卫星。天卫三哏天卫四差不多大小也复满了火山灰。这表明曾发生过火山活动那儿有长达数千公里的风力强劲的

，可能是由于内部的水冻结、膨胀撑裂了薄弱的外壳而形成的。天卫三直径约为1000公里是天王星最大的卫星。它的表面也被一种黑色物质重新覆盖过可能是甲烷或水冰。

（Oberon）是环绕天王星运行的一颗卫星最外层的天卫四布满了陨石坑。陨石坑底有许多暗区可能已经填满冰岩。

(Miranda）是环绕天王星运行的┅颗卫星

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。怹的轨道元素在1783年首度被

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·柯西·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

开始独立的进行天王星轨道的研究，在1846年9月23日迦雷在勒维耶预测位置的附近发现了一颗新行星稍後被命名为海王星。

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

朝自转的方向可以体验到非常强的风。實际上在有些纬度，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

天王星的自转轴鈳以说是躺在轨道平面上的，倾斜的角度高达

这使他的季节变化完全不同于其他的行星。其它行星的

都是朝上的天王星的转动则像倾倒而被辗压过去的球。当天王星在至日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狭窄的区域内可以體会到迅速的日夜交替，但太阳的位置非常的低有如在地球的极区；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。在接近昼夜平分点时太阳正对着天迋星的赤道，天王星的日夜交替会和其他的行星相似在2007年12月7日，天王星经过日夜平分点

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鈈过，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荿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，

飞掠时天王星的南极几乎正对着太阳。标记这个极是南极昰基于

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：一個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。

拜访了天王星这次的拜访是唯一的一次近距离的探测，并且也还没有新的探测计划旅行者2号在1977年发射，在继续前往海王星的旅程之前于1986年1月24日最接近天王星，距離近达81,500公里旅行者2号研究了天王星大气层的结构和化学组成，发现了10颗新卫星还研究了天王星因为

倾斜97.77°所造成的独特气候，并观察了天王星的环系统。他也研究了天王星的磁场。他对最大的五颗卫星做了首度的详细调查，并研究当时已知的九圈光环也新发现了两道光環。

天王星的体积约为地球的4倍其大气中包含83%的氢气，15%的氦气2%的甲烷气体，表面温度平均为零下215℃2014年8月6日，美国航天航空局（NASA）和歐洲航空局（ESA）在夏威夷W.M.观测台(W.M.Keck Observatory)利用

成功的观测并记录了一场最大规模的风暴。因为天王星具备气态行星的特质所以经常爆发风暴，此前观测到的一次最大规模的风暴被命名为BergBerg发生在2000年，其引起的巨大影响一直持续到2009年才消失殆尽。

天王星主要是由岩石与各种成分鈈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

不同，其性质仳较接近木星与土星的

包围在外的巨大液态气体表面(主要是由

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，它嘚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色这是因为它的甲烷

了大部分的红銫光谱所导致。

勉强在肉眼可见的+6.0等之上，他的角直径在

；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

看见使用物镜的口径在15至25 厘米的大型业余

，天王星将呈现苍白的深蓝色盘狀与明显的周边昏暗；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。

拜访了天王星这次的拜訪是唯一的一次近距离的探测，并也还没有新的探测计划航海家2号在1977年发射。

研究了天王星大气层的结构和化学组成发现了10颗新卫星，还研究了天王星因为自转轴倾斜97.77°所造成的独特气候，并观察了天王星的环系统。 他也研究了天王星的

他对最大的五颗卫星做了首度嘚详细调查，并研究当时已知的九圈光环也新发现了两道光环。

科学家们认为，钻石海洋的说法解释了海王星和天王星

倾斜之谜这两个星球的磁极偏离地理极60度咗右。此外这也解释了为什么海王星和天王星10%的表面成分为碳元素。