3.天王星的轨道和自转

据科学测算，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30亿千米，阳光的强度只有地球的1/400。它的轨道元素在1783年首度被拉普拉斯计算出来，但随着时间的流逝，预测和观测的位置开始出现误差。1841年，约翰·柯西·亚当斯首先提出，误差也许可以归结于一颗还未被看见的行星的拉扯。1845年，勒维耶开始独立地进行天王星轨道的研究。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，随后被命名为海王星。

天王星内部的自转周期是17小时14分，在它上部的大气层朝自转的方向，可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度，比如从赤道到南极的2/3路径上，可以看见移动非常迅速的大气，只要14个小时就能完整地自转一周。

天王星的五颗大卫星

天王星的自转轴躺在轨道平面上，倾斜角高达98°，这使它的季节变化完全不同于其他的行星。其他行星的自转轴，相对于太阳系的轨道平面都是朝上的，天王星的转动则像倾倒而被辗压过去的球。当天王星在至日附近时，一个极点会持续地指向太阳，另一个极点则背向太阳。只有在赤道附近狭窄的区域内，可以体会到迅速的日夜交替。但太阳的位置非常低，犹如太阳在地球的极区。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，太阳正对着天王星的赤道，天王星的日夜交替和其他的行星相似，2007年12月7日，天王星经过了日夜平分点。

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太阳的能量多于赤道，不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，在太阳系形成的时候，一颗地球大小的原行星撞击到天王星，造成了指向的歪斜。