人們在1781年前所認識到的太陽系，比現在小得多，它只有6顆行星，即水星、金星、地球、火星、木星和土星。但那時人類已經有了天文望遠鏡，天文學家們用望遠鏡觀察星空，不斷有所發現，人類對太陽系的認識也不斷地在變化。

1781年3月的一個晚上，英國天文學家威廉·赫歇耳在金牛座、雙子座一帶的星空中發現了一個奇怪的天體，呈藍綠色。威廉·赫歇耳最初認為那是一顆彗星，后來經確認，這個天體竟然是一顆行星，就是“天王星”。

天王星的發現非常重要，它不但把太陽系的疆域“擴大”了一倍，同時也使人們認識到太陽系不是固定不變的，行星并非永遠限定于那么幾顆。這樣的認識觸發了天文學家們尋找新行星的大行動，海王星和冥王星的發現都是在這種認識的指導之下完成的。

“旅行者2號”探測器拍攝到的天王星

自天王星被發現后，兩個多世紀過去了，人類的探測器只有一次匆匆地飛掠過這顆神秘的星球。**1986年，“旅行者2號”探測器飛掠過天王星，觀測了天王星的大氣，新發現了10顆天王星的衛星。**那時，它離天王星的最近距離為81500千米。

2022年4月，在一份涉及行星任務的報告中，科學家們再一次提到了天王星，他們計劃啟動一項耗資數十億美元的大型任務，向天王星發射軌道器和子探測器，以探索這顆神秘的行星和它的衛星。科學家們認為，探索天王星將有助于更好地了解太陽系中的冰態巨行星，從而幫助人類揭開遙遠世界的奧秘。

身世之謎

天王星是一顆氣態行星，中心存在一個固體內核，外圍是一層高密度的大氣，其主要成分是氫、氦和甲烷。天王星的大氣中隱藏著風暴世界，風速有時達到900千米/時。

雖然今天我們對天王星已有了一些基本認識，但是仍有非常多的未解之謎困擾著我們。例如，天王星和太陽系中的其他行星非常不同，它的自轉軸與公轉軸幾乎是垂直的。這是怎么回事呢？

人們猜測，在天王星誕生的早期，很可能有一個行星大小的天體猛烈撞擊了它。在太陽系的早期，這種事情時有發生，地球就可能遭遇過類似的事。科學家們認為，在地球形成后不久，一顆火星大小的天體撞上了它，大量碎片被拋到環繞地球的軌道上，它們在碰撞和聚集中形成了月亮。

不過，天王星遭遇的撞擊更加猛烈，那個撞向天王星的天體應該撞歪了天王星的自轉軸，導致天王星的運行狀態十分奇特。同時，撞擊還產生了大量的塵埃和氣體，它們匯集到天王星赤道面附近，形成了天王星的光環和衛星。

為了研究天王星的“身世”，科學家們利用計算機模擬的方法推演天王星早年的運行狀態。他們由此得出結論，在太陽系形成后的6.5億年里，天王星與太陽之間的距離其實遠超海王星，處在海王星的外圍（現在海王星處在天王星的外圍），但后來天王星和海王星的質量發生了變化，它們的位置便完全顛倒了過來。這個模擬結果是否正確，當然還需要更多的研究來證實。

衛星之謎

有關天王星的衛星，也一直是個引人關注的話題。1986年，“旅行者2號”探測器發現了10顆天王星的衛星。在此之前，人們已陸續在天王星周圍發現了幾顆衛星。**1787年，威廉·赫歇耳發現了天衛三和天衛四這2顆衛星。**天衛三是天王星最大的衛星，“旅行者2號”的探測結果顯示，它的表面存在大量火山灰和巨大的峽谷，表明天衛三的表面曾有過劇烈的火山活動，同時其內部也曾發生過劇烈的變化，這種變化塑造了長達數千米的大峽谷。天衛四是天王星大衛星中距離天王星最遠的，其體積與質量僅次于天衛三。它的表面有許多隕石坑，表明小行星和彗星曾頻繁地撞擊過它。

天王星和它的6顆大衛星（從左到右分別是：天衛十五、天衛五、天衛一、天衛二、天衛三和天衛四）

1851年，英國天文學家威廉·拉塞爾發現了天衛一和天衛二。天衛一的大小在天王星的衛星中排第四，由冰和巖石組成，表面存在著比其他天王星衛星更新的地質活動痕跡。天衛二比天衛一稍大，是天王星所有衛星中最暗淡的，其表面同樣經受過很多次撞擊。1948年，美籍荷蘭天文學家柯伊伯發現了天衛五，這顆由冰和巖石組成的天體表面布滿峽谷、峭壁和凹槽，還有不少裂痕和隕石坑。**這種地表特征引發了人們對這顆衛星遭遇的很多猜想。有人推測，天衛五最初表面是平整的，后來被小行星或彗星頻繁撞擊，每次撞擊都破壞了一部分原始表面，露出了一些內部物質。經過多次這樣的撞擊和改變后，天衛五便有了奇異的地貌。后來又出現了一種新理論 : 天衛五曾經有過強烈的地質活動，活動的能量來自天王星的潮汐力，這種力量改變了天衛五內部的密度分布，從而造就了它奇特的地形。

截至2004年，人們已發現了25顆天王星的衛星。2005年年底，哈勃太空望遠鏡又捕捉到天王星的2顆新衛星。

光環之謎

天王星的另一大謎團是它的光環。1977年3月的一天，當天王星運行到一顆恒星的前面時，天文學家們觀測到那顆恒星閃爍了好多次，這暗示著天王星可能擁有多個行星環。后經分析，他們認為天王星的周圍存在著9個光環。1986年“旅行者 2 號”探測器飛掠過天王星時，發現天王星擁有11個光環。2005年12月，科學家們宣布，他們借助哈勃太空望遠鏡又發現了2個新環。

天王星光環的發現對人類認識行星世界非常重要，它使科學家們意識到光環并不是土星所獨有的，它可能是行星的一個普遍特征。

時間到了2007年至2008年前后，天王星光環的側面轉到了正對地球的方向。天文學家們認為，這時是觀測天王星的最好時機，除了有可能發現衛星外，還能從全新的角度研究天王星的光環。于是，地面和天空上的大型天文望遠鏡將鏡頭頻頻對準天王星，還拍下了清晰的光環側面照。觀測結果表明，自從“旅行者2號”探測了天王星后，天王星的光環發生了變化。例如，一條塵埃環就似乎移動了幾千千米。至于這種移動是如何發生的，人們并沒有確切的解釋，其中一種觀點是，天王星的塵埃環一直在遭受撞擊，這導致了它的移動。

天王星光環（“旅行者2號”探測器拍攝）

天王星和海王星距離太陽都很遙遠，因此它們又被統稱為“遠日行星”。它們位于土星軌道和冥王星軌道之間。對于那里的世界，人類的認知還是相對薄弱的。

現在，探索天王星的計劃終于被提到日程上來。**按照這個計劃，前往天王星的航天器有可能在2031年6月或2032年4月發射升空，先經過木星，利用木星的引力獲得加速，經過13年飛行后抵達天王星。**一旦到達了那里，航天器會將一個子探測器投向天王星的大氣層，這個子探測器將對天王星的大氣成分進行采樣，而軌道器則對天王星系統進行全方位的探測。參與該計劃制訂工作的行星科學家艾米·西蒙認為：“我們確信，這次對天王星的探索一定會有很多奇妙的新發現。”

文/張唯誠

來源: 《科學24小時》

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