天王星及其矿产资源探索研究（5）
胡经国
（续前）
六、天王星外围组成
1、天王星（行星）环系统
⑴、天王星环的特征
天王星有一个暗淡的行星环系统，由直径大约为10米的黑暗粒状物组成。它是继“土星环”之后，在太阳系内发现的第二个环系统。已知“天王星环”有13个圆环。其中，最明亮的是“ε环”（Epsilon），其它环都非常黯淡。天王星环像木星环一样暗淡，但是又像土星环那样有相当大的直径。天王星环被认为是相当年轻的；在圆环周围的空隙与不透明部分的区别，暗示它们不是与天王星同时形成的；环中的物质可能来自被高速撞击或潮汐力粉碎的卫星。而其最外面的第5个环的成分，则大部分是直径为几米到几十米的冰块。除此之外，天王星可能还具有大量窄环，其宽度仅有50米；单环的环反射率非常低。
⑵、天王星环的发现
天王星环的发现日期是1977年3月10日，是在James L. Elliot、Edward W. Dunham和Douglas J. Mink使用“柯伊伯机载天文台”观测时发现的。这个发现是很意外的。他们原本的计划是观测“天王星掩蔽恒星SAO 158687”以研究天王星的大气层。然而，当他们分析观测资料时发现，在“行星掩蔽”前后，这颗恒星都曾经短暂的消失了5次。他们认为，这必需有个环系统围绕着行星才能加以解释。后来，他们又探测到4个额外的环。“旅行者2号”在1986年飞掠过天王星时，直接看见了这些环。“旅行者2号”也发现了两圈新的环，使环的数量增加到了11圈。
⑶、天王星环探测
在2005年12月，哈勃太空望远镜探测到一对早先未曾发现的蓝色圆环。最外围的一圈与天王星的距离比早先知道的环远了两倍，因此新发现的环被称为该环系统的外环，使天王星环的数量增加到13圈。哈勃太空望远镜同时也发现了两颗新的小卫星，其中的天卫二十六还与最外面的环共享轨道。在2006年4月，凯克天文台公布的新环影像中，外环的一圈是蓝色的，而另一圈则是红色的。
关于外环颜色是蓝色的一个假说是，它由来自天卫二十六的细小冰微粒组成，因此能散射足够多的蓝光。天王星的内环看起来是呈灰色的。
2、天王星卫星系统
⑴、天王星卫星概述
已知天王星有27颗天然卫星。这些卫星的名称都出自莎士比亚和蒲伯的歌剧中。其中，5颗主要卫星的名称是：米兰达、艾瑞尔、乌姆柏里厄尔、泰坦尼亚和欧贝隆。第一颗和第二颗（泰坦尼亚和欧贝隆）是威廉·赫歇耳在1787年3月13日发现的；另外两颗（艾瑞尔和乌姆柏里厄尔）是在1851年被威廉·拉索尔发现的。在1852年，威廉·赫歇耳的儿子约翰·赫歇耳才为这四颗卫星命名。到了1948年杰勒德P. 库普尔发现第五颗卫星（米兰达）。
下图为天王星的环和卫星概要图（图源：网络）
天王星卫星系统的质量是在气体巨星中最小的。的确，这5颗主要卫星的总质量还不到“崔顿”的一半。最大卫星“泰坦尼亚”的半径为788.9 公里，还不到月球的一半；但是是比土星第二大的卫星“Rhea”稍大些。这些卫星的反照率相对也比较低，“乌姆柏里厄尔”的反照率约为0.2，“艾瑞尔”的反照率约为0.35（在绿光）。这些卫星由冰和岩石组成，大约是50%的冰和50%的岩石；其中的冰也许包含有氨和二氧化碳。
在这些卫星中，“艾瑞尔”具有最年轻的表面，上面只有少许的陨石坑；“乌姆柏里厄尔”看起来是最老的。“米兰达”拥有深达20 公里的断层峡谷，梯田状的层次和混乱的变化，形成令人混淆的表面年龄和特征。有一种假说认为，“米兰达”在过去可能遭遇过巨型天体的撞击而被完全分裂解体，然后又偶然地重组起来。
1986年1月，“旅行者2号”太空船飞越过天王星，在稍后研究照片时，发现了“Perdita”和10颗小卫星。后来，使用地面的望远镜也证实了这些卫星的存在。
⑵、天王星若干卫星简介
天卫一（Ariel，艾瑞尔）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫二（Umbriel，乌姆柏里厄尔）是天王星第三大卫星。已知它在天王星卫星中距离天王星第十三近。它由William Lassell于1851年发现。天卫二和天卫四很相似，但是后者要比它大35%。天王星的大卫星都是由占40～50%的冰和岩石混合而成的；其所含的岩石比土卫五之类所含的岩石要多一些。天卫二的剧烈起伏的火山口地形地貌，可能从它形成以来就一直稳定存在。天卫二非常暗，它反射的光大约是天王星最亮的卫星——天卫一的一半。它的表面布满陨石坑。尽管没有地质活动的迹象，然而却具有离奇的特征。它有一个明亮的陨石坑，宽约112公里，绰号“萤光杯”。该陨石坑表面深色部分可能是有机物质，而浅色部分则无人知道是什么。
天卫三（Titania，泰坦尼亚）是环绕天王星运行的一颗卫星。天卫三跟天卫四差不多大小，也覆盖满了火山灰。这表明曾经发生过火山活动。那儿有长达数千公里的风力强劲的大峡谷，可能是由于内部的水冻结、膨胀，撑裂了薄弱的外壳而形成的。天卫三直径约为1000公里，是天王星最大的卫星。它的表面也被一种黑色物质重新覆盖过，可能是甲烷或水冰。
天卫四（Oberon，欧贝隆）是环绕天王星运行的一颗卫星。位于天王星最外层的天卫四上面布满了陨石坑。其陨石坑底部有许多暗区，可能已经填满冰岩。
天卫五（Miranda，米兰达）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫六（S/1986 U7，Cordelia）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫七（S/1986 U8，Ophelia）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫八（S/1986 U9，Bianca）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫九（S/1986 U3，Cressida）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十（S/1986 U6，Desdemona）是环绕天王星运行的一颗小卫星。
天卫十一（S/1986 U2，Juliet）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十二（S/1986 U1，Portia）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十三（S/1986 U4，Rosalind）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十四（S/1986 U5，Belinda）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十五（S/1985 U1，Puck）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十六（S/1997 U1，Caliban）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十七（S/1997 U2，Sycorax）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十八（S/1999 U3，Prospero）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫十九（S/1999 U1，Setebos）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫二十（S/1999 U2，Stephano）是环绕天王星运行的一颗卫星。
天卫二十一（S/2001 U1，Trinculo）是环绕天王星运行的一颗卫星。
⑶、天王星卫星列表
名称 编号 GM（km/s） 平均半径（km） 平均密度（g/cm3） 天卫一 90.3±8.0 578.9±0.6 1.665±0.147 天卫二 78.2±9.0 584.7±2.8 1.400±0.163 天卫三 235.3±6.0 788.9±1.8 1.715±0.044 天卫四 201.1±5.0 761.4±2.6 1.630±0.043 天卫五 4.4±0.5 235.8±0.7 1.201±0.137 天卫六 S/1986 U 7 0.0030±0.0013 20.1±3 1.3 天卫七 S/1986 U 8 0.0036±0.0020 21.4±4 1.3 天卫八 S/1986 U 9 0.0062±0.0014 25.7±2 1.3 天卫九 S/1986 U 3 0.0229±0.0034 39.8±2 1.3 天卫十 S/1986 U 6 0.0119±0.0045 32.0±4 1.3 天卫十一 S/1986 U 2 0.0372±0.0096 46.8±4 1.3 天卫十二 S/1986 U 1 0.1122±0.0199 67.6±4 1.3 天卫十三 S/1986 U 4 0.0170±0.0085 36±6 1.3 天卫十四 S/1986 U 5 0.0238±0.0142 40.3±8 1.3 天卫十五 S/1985 U 1 0.1931±0.0143 81±2 1.3 天卫十六 S/1997 U 1 0.05 49 1.5 天卫十七 S/1997 U 2 0.359 95 1.5 天卫十八 S/1999 U 3 0.0014 15 1.5 天卫十九 S/1999 U 1 0.0014 15 1.5 天卫二十 S/1999 U 2 0.0014 10 1.5 天卫二十一 S/2001 U 1 0.00005 5 1.5 天卫二十二 S/2001 U 3 0.00009 6 1.5 天卫二十三 S/2003 U 3 0.00007 5.5 1.5 天卫二十四 S/2001 U 2 0.00009 6 1.5 天卫二十五 S/1986 U 10 0.000004 4.5 1.5 天卫二十六 S/2003 U 1 - - - 天卫二十七 S/2003 U 2 - - - （上表资料来源：网络）
（未完待续）
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