人们在1781年前所认识到的太阳系，比现在小得多，它只有6颗行星，即水星、金星、地球、火星、木星和土星。但那时人类已经有了天文望远镜，天文学家们用望远镜观察星空，不断有所发现，人类对太阳系的认识也不断地在变化。

1781年3月的一个晚上，英国天文学家威廉·赫歇耳在金牛座、双子座一带的星空中发现了一个奇怪的天体，呈蓝绿色。威廉·赫歇耳最初认为那是一颗彗星，后来经确认，这个天体竟然是一颗行星，就是“天王星”。

天王星的发现非常重要，它不但把太阳系的疆域“扩大”了一倍，同时也使人们认识到太阳系不是固定不变的，行星并非永远限定于那么几颗。这样的认识触发了天文学家们寻找新行星的大行动，海王星和冥王星的发现都是在这种认识的指导之下完成的。

“旅行者2号”探测器拍摄到的天王星

自天王星被发现后，两个多世纪过去了，人类的探测器只有一次匆匆地飞掠过这颗神秘的星球。**1986年，“旅行者2号”探测器飞掠过天王星，观测了天王星的大气，新发现了10颗天王星的卫星。**那时，它离天王星的最近距离为81500千米。

2022年4月，在一份涉及行星任务的报告中，科学家们再一次提到了天王星，他们计划启动一项耗资数十亿美元的大型任务，向天王星发射轨道器和子探测器，以探索这颗神秘的行星和它的卫星。科学家们认为，探索天王星将有助于更好地了解太阳系中的冰态巨行星，从而帮助人类揭开遥远世界的奥秘。

身世之谜

天王星是一颗气态行星，中心存在一个固体内核，外围是一层高密度的大气，其主要成分是氢、氦和甲烷。天王星的大气中隐藏着风暴世界，风速有时达到900千米/时。

虽然今天我们对天王星已有了一些基本认识，但是仍有非常多的未解之谜困扰着我们。例如，天王星和太阳系中的其他行星非常不同，它的自转轴与公转轴几乎是垂直的。这是怎么回事呢？

人们猜测，在天王星诞生的早期，很可能有一个行星大小的天体猛烈撞击了它。在太阳系的早期，这种事情时有发生，地球就可能遭遇过类似的事。科学家们认为，在地球形成后不久，一颗火星大小的天体撞上了它，大量碎片被抛到环绕地球的轨道上，它们在碰撞和聚集中形成了月亮。

不过，天王星遭遇的撞击更加猛烈，那个撞向天王星的天体应该撞歪了天王星的自转轴，导致天王星的运行状态十分奇特。同时，撞击还产生了大量的尘埃和气体，它们汇集到天王星赤道面附近，形成了天王星的光环和卫星。

为了研究天王星的“身世”，科学家们利用计算机模拟的方法推演天王星早年的运行状态。他们由此得出结论，在太阳系形成后的6.5亿年里，天王星与太阳之间的距离其实远超海王星，处在海王星的外围（现在海王星处在天王星的外围），但后来天王星和海王星的质量发生了变化，它们的位置便完全颠倒了过来。这个模拟结果是否正确，当然还需要更多的研究来证实。

卫星之谜

有关天王星的卫星，也一直是个引人关注的话题。1986年，“旅行者2号”探测器发现了10颗天王星的卫星。在此之前，人们已陆续在天王星周围发现了几颗卫星。**1787年，威廉·赫歇耳发现了天卫三和天卫四这2颗卫星。**天卫三是天王星最大的卫星，“旅行者2号”的探测结果显示，它的表面存在大量火山灰和巨大的峡谷，表明天卫三的表面曾有过剧烈的火山活动，同时其内部也曾发生过剧烈的变化，这种变化塑造了长达数千米的大峡谷。天卫四是天王星大卫星中距离天王星最远的，其体积与质量仅次于天卫三。它的表面有许多陨石坑，表明小行星和彗星曾频繁地撞击过它。

天王星和它的6颗大卫星（从左到右分别是：天卫十五、天卫五、天卫一、天卫二、天卫三和天卫四）

1851年，英国天文学家威廉·拉塞尔发现了天卫一和天卫二。天卫一的大小在天王星的卫星中排第四，由冰和岩石组成，表面存在着比其他天王星卫星更新的地质活动痕迹。天卫二比天卫一稍大，是天王星所有卫星中最暗淡的，其表面同样经受过很多次撞击。1948年，美籍荷兰天文学家柯伊伯发现了天卫五，这颗由冰和岩石组成的天体表面布满峡谷、峭壁和凹槽，还有不少裂痕和陨石坑。**这种地表特征引发了人们对这颗卫星遭遇的很多猜想。有人推测，天卫五最初表面是平整的，后来被小行星或彗星频繁撞击，每次撞击都破坏了一部分原始表面，露出了一些内部物质。经过多次这样的撞击和改变后，天卫五便有了奇异的地貌。后来又出现了一种新理论 : 天卫五曾经有过强烈的地质活动，活动的能量来自天王星的潮汐力，这种力量改变了天卫五内部的密度分布，从而造就了它奇特的地形。

截至2004年，人们已发现了25颗天王星的卫星。2005年年底，哈勃太空望远镜又捕捉到天王星的2颗新卫星。

光环之谜

天王星的另一大谜团是它的光环。1977年3月的一天，当天王星运行到一颗恒星的前面时，天文学家们观测到那颗恒星闪烁了好多次，这暗示着天王星可能拥有多个行星环。后经分析，他们认为天王星的周围存在着9个光环。1986年“旅行者 2 号”探测器飞掠过天王星时，发现天王星拥有11个光环。2005年12月，科学家们宣布，他们借助哈勃太空望远镜又发现了2个新环。

天王星光环的发现对人类认识行星世界非常重要，它使科学家们意识到光环并不是土星所独有的，它可能是行星的一个普遍特征。

时间到了2007年至2008年前后，天王星光环的侧面转到了正对地球的方向。天文学家们认为，这时是观测天王星的最好时机，除了有可能发现卫星外，还能从全新的角度研究天王星的光环。于是，地面和天空上的大型天文望远镜将镜头频频对准天王星，还拍下了清晰的光环侧面照。观测结果表明，自从“旅行者2号”探测了天王星后，天王星的光环发生了变化。例如，一条尘埃环就似乎移动了几千千米。至于这种移动是如何发生的，人们并没有确切的解释，其中一种观点是，天王星的尘埃环一直在遭受撞击，这导致了它的移动。

天王星光环（“旅行者2号”探测器拍摄）

天王星和海王星距离太阳都很遥远，因此它们又被统称为“远日行星”。它们位于土星轨道和冥王星轨道之间。对于那里的世界，人类的认知还是相对薄弱的。

现在，探索天王星的计划终于被提到日程上来。**按照这个计划，前往天王星的航天器有可能在2031年6月或2032年4月发射升空，先经过木星，利用木星的引力获得加速，经过13年飞行后抵达天王星。**一旦到达了那里，航天器会将一个子探测器投向天王星的大气层，这个子探测器将对天王星的大气成分进行采样，而轨道器则对天王星系统进行全方位的探测。参与该计划制订工作的行星科学家艾米·西蒙认为：“我们确信，这次对天王星的探索一定会有很多奇妙的新发现。”

文/张唯诚

来源: 《科学24小时》

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