天王星发现之谜
这是一个很平常的日子，英国天文学家赫歇尔跟往常一样，在妹妹加罗琳(1750~1848年)的陪同下，用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米反射望远镜，对着夜空热心地进行巡天观测。当他把望远镜指向双子座时，他发现有一颗很奇妙的星星，乍一看像是一颗恒星，一闪一闪地发光，引起了他的注意。
第二天晚上，他又继续观测。原来这颗星还在移动，尽管这颗星没有朦胧的彗发，也没有彗尾，肯定不是一颗恒星。但他以“关于一颗彗星的探讨”为题提出报告。
经过一段时间的观测和计算之后，这颗一直被看做是“彗星”的新天体，实际上是一颗在土星轨道外面的大行星，太阳系的范围一下子被扩大了整整一倍之多。
天王星离太阳系28亿8千多千米，而土星离太阳系约14亿千米。天王星的发现使赫歇尔闻名于世，并被英王任命为皇家天文学家。此后，他致力于天文学，一生中做出过许多贡献。
天王星被发现以后，立即成为天文学家们的重要观测对象，都想目睹这颗大行星的真面目。在人们观测和计算中，发现天王星理论计算位置与实际观测位置总有误差。法国天文学家布瓦尔受法国经度局的委托，计算了3颗最大和最远的行星，木星、土星和天王星的位置。对于木星和土星，计算结果与实际观测十分相符，唯独对于当时所知的最远天王星的结果总是不能令人满意。与1821年计算结果相隔不到10年，1830年就发现了计算的位置与观测的结果，两者之间的差异达20义。到了1845年，这个误差值便超过2秒，即在15年间扩大了6倍！这么大的误差对于天文学家是无法容忍的。而且这个误差随着时间在一个劲地增大。人们由此得出结论，在计算天王星的位置时，一定还有某种未知因素没有考虑进去。
这个因素是什么呢？一种比较被人们容易接受的想法是：在土星的轨道外面找到了天王星，为什么不能设想在天王星轨道外面还存在着一颗尚未露面的大行星呢？
也许正是它对天王星的吸引力在影响着天王星的运行呢。但这颗星是怎样的未知大行星呢？离天王星有多远，质量有多大，运行的轨道又如何？答案可以有无数个。问题难就难在一时无法在广阔宇宙中寻找，只有通过古怪的天王星的运动来推测这颗未知行星的运行轨道。
躺着运转的天王星
天王星是一颗远日行星，按照距离太阳由近及远的次序是第7颗。在西方，天王星被称为“乌剌诺斯”，他是第一位统治整个宇宙的天神。他与地母该亚结合，生下了后来的天神，是他费尽心机将混沌的宇宙规划得和谐有序。在中文中，人们就将这个星名译做“天王星”。
天王星是一个蓝绿色的圆球，它的表面具有发白的蓝绿色光和与赤道不平行的条纹，这大概是由于自转速度很快而导致的大气流动。天王星的赤道半径约为25900千米，体积是地球的65倍。质量约为地球的14.63倍。天王星的密度较小，平均密度每立方厘米1.24克。天王星大气的主要成分是氢、氦和甲烷。
天王星的公转轨道是一个椭圆，轨道半径长为29亿千米，它以平均每秒6.81千米的速度绕太阳公转，公转一周要84年，自转周期则短得多，仅为15.5小时。在太阳系中，所有的行星基本上都遵循自转轴与公转轨道面接近垂直的运动，只有天王星例外，它的自转轴几乎与公转轨道面平行，赤道面与公转轨道面的交角达97毅55忆，也就是说它差不多是“躺”着绕太阳运动的。于是有些人把天王星称作“一个颠倒的行星世界”。
天王星上的昼夜交替和四季变化也十分奇特和复杂，太阳轮流照射着北极、赤道、南极、赤道。因此，天王星上大部分地区的每一昼和每一夜，都要持续42年才能变换一次。太阳照到哪一极，哪一极就是夏季，太阳总不下落，没有黑夜；而背对着太阳的那一极，正处在漫长黑夜所笼罩的寒冷冬季之中。只有在天王星赤道附近的南北纬8毅之间，才有因为自转周期而引起的昼夜变化。
天王星和土星一样，也有美丽的光环，而且也是一个复杂的环系。它的光环由20条细环组成，每条环颜色各异，色彩斑斓，美丽异常。20世纪70年代的这一发现，打破了土星是太阳系唯一具有光环的行星这一传统认识。天王星有15颗卫星，几乎都在接近天王星的赤道面上，绕天王星转动。
天王星内部探索之谜
天王星是太阳向外的第7颗行星，天王星是由威廉·赫歇耳通过望远镜系统地搜寻，在1781年发现。它是现代发现的第一颗行星。在太空里，天王星呈现蓝色，这是因为外层大气层中的甲烷吸收了红光的结果。
和其他的气态行星一样，天王星周围也有云带围绕自己快速飘动。只是这些云带太弱了，只有通过探测卫星加工的图片才可看到。
天王星也有光环，这些光环是由直径达10米的粒子和细小的尘土组成的。目前已知天王星光环有11层，但都不明亮。
天王星的磁场十分奇特，它并不在行星的中心，而是倾斜了近60毅。这可能是由于天王星内部较深处的运动造成的。
天王星的卫星
1986年“旅行者2号”探测器造访了天王星，发现了10颗新卫星，它的卫星数目增加到了15颗。新发现的卫星都很靠近天王星，但都比较小，直径多为20千米~1000千米。最大的一颗直径为160千米。
天王星的卫星和太阳系中的其他天体命名不同，并不是以古代神话中的人物命名的，而是用莎士比亚和蒲伯的作品中人物的名字来命名的。人们将这些卫星分成两组：第一组是由“旅行者2号”发现的靠近天王星的很暗的10颗小卫星，第二组是5颗在外层的大卫星。
它们都在近圆形的轨道上围绕着天王星。
天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的，仅含有少量的氢和氦，而其大气层则含有大约83%的氢、15%的氦和2%的甲烷。
天王星和土星一样，也有美丽的光环，每条光环颜色各异、色彩斑斓。
海王星在直径上小于天王星，但质量比它大。海王星的质量大约是地球的17倍，在天王星被发现后，人们注意到它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此科学家们预测存在着另一颗遥远的行星从而影响了天王星的轨道。
这一预言引起了天文学家的极大兴趣。
海王星以罗马神话中的尼普顿(Neptunus)，因为尼普顿是海神，所以中文译为海王星。天文学的符号，是希腊神话的海神波塞冬使用的三叉戟。
亚当斯和勒威耶分别根据所观察到的木星、土星和天王星的位置，经过计算又分别预测出另一颗遥远行星的存在地点，因此，海王星也是唯一利用数学预测而非有计划的观测发现的行星。1846年8月底，勒威耶将结果送到天文台，并立即通知德国柏林天文台进行寻找。1846年9月23日，德国柏林天文台的伽勒根据勒威耶提供的海王星围绕太阳运动的轨道数据，用望远镜观察到海王星，找到了海王星的位置，从而确认了这颗太阳系的第八颗行星的存在，海王星的发现，解答了天王星为什么“出轨”的问题，这一发现不仅证明了哥白尼太阳系学说的正确性，同时也证明了唯物主义认识论是正确的。
淡蓝色的海王星
海王星是八大行星中距离太阳最远的，体积是太阳系第四大，但质量排名是第三，按照同太阳的平均距离由近及远排列，为第八颗行星，人的肉眼无法看到。每当遇上观测海王星的良好时机，例如海王星运行到距离地球最近的轨道上时，人们利用望远镜，对照着星图去寻找，就可以找到这颗淡蓝色的行星。
海王星的大气层以氢和氦为主，还有微量的甲烷。在大气层中的甲烷，只是使行星呈现蓝色的一部分原因。因为海王星的蓝色比有同样分量的天王星更为鲜艳，因此应该还有其他的成分对海王星明显的颜色有所贡献。
海王星的赤道半径为24766千米，是地球赤道半径的3.88倍。
海王星呈扁球形，它的体积是地球体积的57倍，质量是地球质量的17.22倍，平均密度为每立方厘米1.66克。
海王星在太阳系中，仅比木星和土星小。自转周期为22小时左右，赤道面与轨道面的交角是28毅48忆，海王星绕太阳公转的轨道很接近正圆形，轨道面和黄道面的夹角很小，只有1.769毅。它以平均每秒5.43千米的速度公转，大约要1648年才能绕太阳一周，从1846年发现到现在，它还没走完一个全程。
目前，仅有一艘宇宙飞船“旅行者2号”于1989年8月25日造访过海王星。它从海王星上空拍摄了很多珍贵的照片，我们所知的全部关于海王星的信息全部来自这次短暂的会面。海王星也有光环，并已知有9颗卫星。
现在认为，海王星内部有一个质量和地球差不多的核。
核是由岩石构成的，温度为2000益~3000益，核外面是质量较大的冰层，再外面是浓密的大气层，大气中主要含有氢，还有甲烷和氨等气体。海王星是一个狂风呼啸、乱云飞渡的世界，在大气中有许多湍急紊乱的气旋在翻滚。
在海王星的四季中，冬季、夏季温差很小，不像地球这么显着。由于海王星离太阳太远(约为4.5亿千米，是地球与太阳距离的30倍)，在它表面每单位面积受到的日光辐射只有地球上的1/900，日光强度仅仅相当于一个不到一米远的百瓦灯泡所发光线的强度，因此它表面温度很低，通常在-200益以下。
到目前为止，海王星至少有9颗已知卫星：8颗小卫星和海卫一。其中海卫一是太阳系质量最大的卫星。
卫星距离(千米)半径(千米)发现日期
海卫三4800029旅行者2号1989
海卫四5000040旅行者2号1989
海卫五5300074旅行者2号1989
海卫六6200079旅行者2号1989
海卫七7400096旅行者2号1989
海卫八118000209旅行者2号1989
海卫一35500013502.14e22Lassell1846
海卫二5509000170Kuiper1949
海卫九48000000242003
海卫一
“旅行者”2号在1989年8月24日摄于距离海卫53万千米处。海卫一是环绕海王星运行的一颗卫星。
它是海王星的卫星中最大的一颗。它是太阳系中最冷的天体之一，具有复杂的地质历史和一个相对来说比较年轻的表面。1846年10月10日威廉·拉塞尔发现了海卫一(这是海王星被发现后第17天)。拉塞尔以为他还发现了海王星的一个环。虽然后来发现海王星的确有一个环，但是拉塞尔的发现还是值得怀疑，实际上海王星的环太暗了，不可能被拉塞尔的仪器发现。
海卫二
海卫二是海王星第三大卫星，它的离心率是目前已发现卫星中是最大的，达0.7512。海卫二最接近海王星的距离是1300000千米，最远则是9700000千米，因此相信它是被海王星引力吸引的库伯带天体。
探索海王星之谜
自从波兰天文学家哥白尼提出了日心学说后，自然科学从神学的束缚中解放出来。到17世纪初德国天文学家开普勒总结出行星运动定律，1687年牛顿的万有引力发现，在天文学科中诞生了一个崭新的天文学分支——天体力学。
到了19世纪初天文学家已经能够准确地预报行星在任何时刻的位置。但许多天文学家都不敢来寻找天王星外行星这个“螃蟹”。然而，时代提出的迫切问题是不会无人问津的，两位年轻人不约而同奋起应战了，他们勇于探索的精神和高超的科学知识，依据天文观测资料来寻求天王星在运动上造成“偏差”的一颗行星。
在1841年7月，英国剑桥大学的一位22岁的大学生亚当斯(1819~1892年)，在阅读格林尼治天文台台长艾里的报告后，他勇敢地承担起这项艰巨的任务，对这颗“天”外行星轨道和距离进行反复思考和计算。在1843年末，才24岁的他就计算出这个未知大行星的初步结果。到1845年，26岁的亚当斯就研究推算出该假设行星的轨道，质量和当时的位置。10月21日亚当斯把计算的结果寄给了英国格林尼治天文台台长艾里，请求艾里用天文台的大型望远镜来观测这颗行星。不料，这位台长没有认真地对待青年天文学家的计算结果，不假思索地把亚当斯的计算结果束之高阁。到了1846年6月艾里收到了勒威耶发表的论文副本时，他才发现勒威耶的结果几乎与亚当斯的结果完全一致，他立即请剑桥天文台天文学家查理用望远镜搜索这颗行星，偏偏这位天文学家还对亚当斯的计算结果将信将疑，使亚当斯与他奋斗多年的成果擦身而过。
法国天文学家勒威耶(1811~1877年)比亚当斯年长8岁，于1846年8月31日写出了一份标题是“论使天王星运行失常的那颗行星，它的质量，轨道和现在所处的位置结论性意见”。柏林天文台年轻的天文学家伽勒和他的助手根据勒威耶计算出来的新行星的位置，把望远镜指向了黄经326毅宝瓶星座的一个天区，只用了30分钟就发现了一颗在星图上没有标出的8等星，为人类探索“天”外行星中找到了第八颗新的行星——海王星。后来通过天文学家们观测都证实了这颗行星的存在。
太阳系第八颗大行星——海王星的发现是天文史上杰出事件。
人类在探索宇宙中，有的成功，有的失去了机遇。而当时，英、法两国为海王星发现的荣誉归属问题展开了争论，但亚当斯和勒威耶两人则处之泰然，该荣誉应当由亚当斯和勒威耶两人共享。而当时，柏林天文台台长恩克在收到勒威耶的报告时，正好是他的55周岁生日，在家中与家人一起度过了幸福和温馨的生日之夜，但他失去成为看到海王星的第一位天文学家的唯一机遇，有点遗憾，他还是公正地把海王星的发现称之为“各次行星的发现中最为辉煌的一次”。
