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天王星的公转周期是84年，因此它在天空的位置在一年之内没有多少改变。
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图51 天王星
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天王星的距离约比土星加了一倍。依天文单位说是19.2天文单位，依我们日常计算是287 100万千米。
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因为它有这样远，所以很难确然看出它表面的特色。在优良的望远镜中它现成一个略带绿色的灰白圆面。
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大多数的行星总是围绕着几乎与黄道面垂直的轴线自转，可天王星的轴线却几乎平行于黄道面。像其他所有气态行星一样，天王星也有光环。它们像木星的光环一样暗，但又像土星的光环那样，由直径达10米的物体和细小的尘土组成。天王星的光环是八大行星中第二个被发现的，这一发现十分重要，由此我们知道了光环是行星的一个普遍特征，而非土星所特有的。
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天王星的卫星
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已发现的绕天王星旋转的卫星目前共有27颗。其中4颗比较明显的可以用普通的天文望远镜看到。它们的名字以离天王星远近为序是：阿里尔（Ariel）、昂布里特（Umbriel）、提坦亚（Titania）、奥伯伦（Oberon）。到天王星的距离从30.9万千米到94.3万千米。
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这些卫星的历史有些特别。除了那两颗较亮的以外，赫歇耳在1800年以前以为他有时常瞥见另外4颗，因此约过了50余年之久大家都以为天王星有6颗卫星。因为在那些年中还没有一架望远镜能比赫歇耳的更高明。
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约在1845年，英国的拉塞尔（Lassell）担任制造更大的反射望远镜的任务，于是产出了他的两大望远镜，口径一是61厘米，一是122厘米。后来他把较大的一架运到马耳他岛（Island of Malta）上去，想在地中海上晴明夜空作观测。在那儿他和他的助手很仔细地考察天王星，得到结论说赫歇耳所假定的候补卫星并不存在。可是另一方面却有了两颗新的，但离天王星非常之近，以前的观测者绝不能看见。以后20年间，这些新发现物体就被当时欧洲最好的望远镜找来找去，结果找不到，有些天文学家宣布怀疑它们的存在了。但是到了1873年冬季，又被华盛顿海军天文台新完成的66厘米望远镜发现了，并且证明其运动正和拉塞尔的观测一致。
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这些物体的最可注意的特点就是它们的轨道几乎垂直于该行星的轨道。结果，这颗行星轨道上就有相对的两点，在那儿卫星轨道以一条线对着我们。当天王星靠近了这两点之一时，我们就从地球上望见那些卫星仿佛自南而北又自上而下在行星两边纵跳，正像钟摆的摆锤一样。以后这颗行星逐渐前进，这种眼见的轨道也慢慢展开。过20年后我们又垂直地看它们了。那时它们的轨道几乎变成了圆形，之后又随着行星的前行而渐渐收缩成一条直线。
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图52 哈勃太空望远镜拍到的天王星影像
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通俗天文学：和大师一起与宇宙对话（全彩四色珍藏版） [:1700937113]
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第九章 海王星及其卫星
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以离太阳远近为序，海王星便继天王星而来。它的大小与质量本和天王星相差不多，但它的距离却是30天文单位（天王星的是19.2天文单位），微弱的太阳光使它更暗淡了许多而更不容易被看见。它是远在肉眼可见限度以下的，但一架中等望远镜可以使它现出来，只要观测者能分别出那些固定于天空的无数亮度相似的恒星。
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海王星的圆面只有在很有力的望远镜中才能看出。那时它带有蓝色或铅色，跟天王星的海绿色显然不同。因为在这颗行星圆面上什么标志也看不到，所以它的绕轴自转方式就绝不能由直接观测而得了。用分光仪做的观测显出它的自转周期是15.8小时。
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图53 旅行者2号航天器拍到的海王星
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1846年海王星的发现被认为是数学和物理学的最伟大的胜利。当其他任何证据都没有时，它的存在已由它加于天王星的吸引力而被人们知道了。引起这一发现的历史极为有趣，因此我们要简单地叙述一下其中的要点。
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海王星发现史
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在19世纪最初20年间，巴黎的波伐（Bauva rd），著名的数理天文学家，准备制作木星、土星、天王星（当时认为最外层的行星）的运动新表。他根据拉普拉斯的算法得出这些行星的运行轨道由于互相之间的引力作用而产生的误差。他很成功地使他制出的表适合木星、土星的观测所得的运动，但他怎么努力也造不成适合天王星的观测所得的运动的表。如果他只管从赫歇耳以来所做的观测，还可以勉强对付过去，可是绝不符合当这颗行星被认作恒星时弗兰斯蒂德及勒莫尼耶从前的观测。因此他放弃了旧的观测，把轨道照新观测排好，发表了他的表。但不久就发觉这颗行星又离开了它被算定的位置了，于是天文学家都惊奇地以为其中必有故事。
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这种情形一直维持到1845年，这时巴黎的勒威耶福至心灵，忽然想到这误差也许是由于天王星之外的一颗未知行星的吸引造成的。他就开始计算要产生这误差的行星一定在什么轨道中运行，以后把所得结果提交给了法国科学院。这是1846年夏季的事。
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恰巧在勒威耶开始工作之前，一个剑桥大学的英国学生亚当斯（John C.Adams）也有同样的想法，也做了同样的工作。他得到结果甚至还在勒威耶之前，也把结果提交英国天文学会。两位计算者都算出了当时未知行星所在的位置，因此如果能将这颗行星从恒星中分出，那就只消在指定区域内寻找就可发现新行星了。但是不幸那时天文学会的艾里（Airy）不大相信这回事，而且不认为这样费事地去寻觅会有可靠的机会。这样一直到勒威耶的预言出来才引起了他的重视，而这两个报告的计算结果之相近也受到了注意。