4.天王星的物理性质

据科学探测，天王星主要是由岩石与各种成分不同的水冰物质组成，组成的主要元素为氢，其次为氦。在许多方面，天王星的性质比较接近木星与土星的地核部分，却没有类木行星包围在外的巨大液态气体表面。天王星没有土星与木星那样的岩石内核，它的金属成分，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，这是因为它的甲烷大气吸收了大部分的红色光谱。

天王星的光环

（1）天王星的内部结构

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。它的密度每立方厘米1.24克，直径大约是地球的4倍。天王星主要由各种各样挥发性物质组成，例如水、氨和甲烷等。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，但是都在地球质量的9.3～13.5倍。

天王星的标准模型结构，包括三个层面：在中心的岩石核，在中间的冰的地函，在外面的由氢/氦组成的外壳。核非常小，密度大约是每立方厘米9克，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；最外层的大气层，相对不明确，大约占有剩余20%的半径，但质量大约只有地球的0.5 倍。在核和地函交界处的压力是800万帕和大约5000开的温度。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，与木星和土星相当不同，冰的成分超过气体，因此有理由将它们分开，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，并且岩石和氢的总量相对就会提高。目前可利用的数据，还不足以让我们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体层内。但是，为便于扁球体的转动，在大气压力达到1巴之处，被定义和考虑为行星的表面时，它的赤道和极的半径分别是25559±4千米和24973±20千米。 这样的表面将作为此文中高度的零点。

（2）天王星的内热

天王星的内热，看上去明显比其他的类木行星低，在天文项目中，它是低热流量。目前，科学家仍不了解天王星内部的温度为何会如此低。从大小和成分方面来看，天王星和海王星像是双胞胎，但海王星放至太空中的热量是得自太阳的2.61倍，而天王星几乎没有多出来的热量放出。天王星在远红外的部分，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每平方米0.042±0.047瓦，远低于地球内的热流量每平方米0.075瓦。天王星对流层顶的温度最低温度记录只有49K，使天王星成为太阳系温度最低的行星，比海王星还要冷。

太阳的第七颗行星天王星