天王星及其矿产资源探索研究（6）
胡经国
（续前）
七、天王星星体运动
1、公转
天王星每84个地球年环绕太阳公转一周；与太阳的平均距离大约为30亿公里；阳光的强度只有地球的1/400。它的轨道元素在1783年首度被拉普拉斯计算出来；但是随着时间的推移，预测和观测的位置开始出现误差。在1841年约翰·柯西·亚当斯首先提出，其误差也许可以归结于一颗尚未被看见的行星的“拉扯”。在1845年，勒维耶开始独立地进行天王星轨道的研究。在1846年9月23日，迦雷在勒维耶预测位置的附近发现了一颗新行星，稍后被命名为“海王星”。
2、自转
天王星内部的自转周期是17 小时14 分；但是，与所有的巨大行星一样，它上部的大气层朝自转的方向可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度，像是从赤道到南极的2/3路径上，可以看见移动得非常迅速的大气，只要14个小时就能完整的自转一周。
3、自转轴与季节
天王星的自转轴可以说是“躺在轨道平面上”的，倾斜的角度高达98°；这使它的季节变化完全不同于其它的行星。其它行星的自转轴相对于太阳系的轨道平面都是朝上的；而天王星的转动则像是倾倒而被辗压过去的球。天王星在“至日”前后，一个极点会持续的指向太阳，而另一个极点则背向太阳。只有在赤道附近狭窄的区域内，可以体会到迅速的日夜交替。但是，太阳的位置非常的低，犹如在地球的极区；而其余地区则是长昼或长夜，没有日夜交替。当运行到轨道的另一侧时，换成轴的另一极指向太阳；每一个极都会有被太阳持续的照射42 年的极昼，而在另外42年则处于极夜。在接近昼夜平分点时，太阳正对着天王星的赤道，天王星的日夜交替会和其它的行星相似。在2007年12月7日，天王星经过日夜平分点。
粗略一点理解，如果以日出日落一天为单位来计算，那么就是地球一年，天王星一天。
这种轴的指向带来的一个结果是：在一年之中，天王星的极区得到来自于太阳的能量多于赤道。不过，天王星的赤道依然比极区热。导致这种结果的机制仍然未知；天王星异常的自转轴倾斜原因也不知道。但是，通常的猜想是，在太阳系形成的时候，一颗地球大小的“原行星”撞击到了天王星，造成其自转轴指向歪斜。
在1986年，当“旅行者2号”飞掠时，天王星的南极几乎正对着太阳。标记这个极是南极是基于国际天文联合会的定义：行星或卫星的北极，是指向太阳系不变平面的上方（不是由自转的方向来决定）。但是，仍然有不同的协定被使用着：一个天体依据“右手定则”所定义的自转方向来决定北极和南极。根据后者的坐标系，1986年在阳光下的极才是北极。
天王星节气如下表所示（资料来源：网络）
北半球 年 南半球 冬至 1902，1986 夏至 春分 1923，2007 秋分 秋分 1965，2049 春分 八、天王星科学研究
1、物理性质
天王星主要是由岩石与各种成分不同的水冰物质所组成的；其组成主要元素为氢（83%），其次为氦（15%）。在许多方面天王星（海王星也是）与大部分都是由气态氢组成的木星与土星不同，其性质比较接近木星与土星的地核部分，而没有类木行星包围在外的巨大液态气体表面（主要是由金属氢化合物气体受重力液化形成）。
天王星并没有土星和木星那样的岩石内核，它的金属成分是以一种比较平均的状态分布在整个地壳之内。直接用肉眼观察，天王星的表面呈现洋蓝色，这是因为它的甲烷大气吸收了大部分的红色光谱所导致的。
2、可见性
从1995至2006年，天王星的视星等在+5.6～+5.9等之间，勉强在肉眼可见的+6.0等之上。它的角直径为3.4～3.7 弧秒；比较土星是16～20弧秒，而木星则为32～45弧秒。在“冲”的时候，天王星可以用肉眼在黑暗、无光污染的天空直接看见，即使在城市中也能轻易地使用双筒望远镜看见。使用物镜的口径为15～25 厘米的大型业余天文望远镜，天王星将呈现苍白的深蓝色盘状与明显的周边昏暗；口径25 厘米或更大的大型业余天文望远镜，云的型态和一些大的卫星，如像“泰坦尼亚”和“欧贝隆”，都有可能看见。
3、“航海家2号”探测
在1986年1月24日，NASA的“航海家2号”探测了天王星。这次的探测是唯一的一次近距离的探测，并且也还没有新的探测计划。“航海家2号”在1977年8月25日发射。“航海家2号”研究了天王星的大气层的结构和化学组成，发现了10颗新卫星，还研究了天王星因为自转轴倾斜97.77°所造成的独特气候，并且观察了天王星的环系统。它也研究了天王星的磁场。它对最大的五颗卫星做了首度的详细探测，并且研究当时已知的九圈光环，也新发现了两道光环。
4、新闻：漂浮着固态钻石冰山的液态钻石海洋
据英国《每日邮报》报道，也许让一众富豪和名人的注意力从星光熠熠的顶级宴会转移到科学界很困难，但是也并非完全不能实现。日前，科学家们在海王星和天王星研究方面取得的最新进展就有可能会吸引他们的注意——在海王星和天王星上或覆盖有大片“液态钻石海洋”；其海洋面上还漂浮着类似于冰山的、体积庞大的“固体钻石”。
在进行了一系列实验之后，科学家得出了上述结论，并且认为这一发现可能有助于解释这两个星球的一些奇怪特性。在其中一项实验中，研究人员把钻石放在与海王星上一样的高温高压环境之中，检测钻石的变化。海王星的压力为地球零海拔的1100万倍，温度为5万摄氏度。
实验结果显示，在压力提高至零海拔1100万倍时，钻石转变成液态；之后再把温度提高至5万摄氏度以后，部分液态钻石会再次变成固体。但是奇怪的是，这些固态钻石会漂浮在液态钻石之上，就像是“钻石冰山”一样。
科学家们认为，“钻石海洋”的说法，解释了海王星和天王星磁极倾斜之谜，这两个星球的磁极偏离地理极60度左右。此外，这也解释了为什么海王星和天王星10%的表面其成分为碳元素。
九、天王星近代事件
如上所述，在1986年1月24日，NASA的“航海家2号”探测了天王星。这次的探测是唯一的一次近距离的探测，并且也还没有新的探测计划。“航海家2号”在1977年8月25日发射。“航海家2号”研究了天王星的大气层的结构和化学组成，发现了10颗新卫星，还研究了天王星因为自转轴倾斜97.77°所造成的独特气候，并且观察了天王星的环系统。它也研究了天王星的磁场。它对最大的五颗卫星做了首度的详细探测，并且研究当时已知的九圈光环，也新发现了两道光环。
天王星的体积约为地球体积的4倍。其大气中包含有83%的氢气，15%的氦气，2%的甲烷气体；表面温度平均为零下215℃。2014年8月6日，美国航天航空局（NASA）和欧洲航空局（ESA）在夏威夷W.M.观测台（W.M.Keck Observatory），利用哈勃望远镜成功的观测并记录了一场最大规模的风暴。由于天王星具备气态行星的特质，因而经常爆发风暴。此前观测到的一次最大规模的风暴被命名为“Berg”。“Berg”风暴发生在2000年，其引起的巨大影响一直持续到2009年才消失殆尽。
十、天王星矿产资源探索研究
1、天王星和海王星盛产钻石
据报道（20210904），天王星和海王星盛产钻石，或是未来发展太空采矿业的重要基地。
中国一直流传着一句古话：“物以稀为贵。”越是数量稀少的东西，其本身就越珍贵，价值也更高，钻石便是其典型的代表。在地球上，钻石资源量较少，因此钻石被人们视作珍贵物品和奢侈品。虽然在地球上钻石是受人重视的珍贵物品，但是在这两颗行星上，钻石的价值并不高。
2017年8月22日，据《澳大利亚报》报道，科学设备观察到，已有越来越多钻石正加速渗入到天王星和海王星的内部。这两颗行星上还不时会下起“钻石雨”。据科学家估算，再过不到1万年，钻石便会潜入到这两颗星球内部最深处；到那时，这两颗星球的核心将完全被钻石充满。
说到这里，有人或许会问，虽然天王星和海王星凭借其优越的自身条件，盛产钻石，但是在这两颗行星上出产的钻石的品质是否比得上地球上出产的钻石的品质呢？
对此，科学家表示，从天王星和海王星上开采出来的钻石，其品质丝毫不低于地球上开采的钻石，甚至有部分钻石的品质还在地球钻石品质之上。在天王星和海王星出产的钻石中，有部分钻石的重量能够达到几百万克拉；而地球上被称作珠宝界“非洲之星”的大钻石也仅仅只有530.4克拉。
那么，为何天王星和海王星上会盛产钻石呢？科学家认为，这与其星球环境有关。天王星和海王星被称为“冰冻行星”，在这两颗行星上常年覆盖着厚厚的冰层。此外，这两颗行星的大气层也是十分浓厚的。如此特殊环境或是星球盛产钻石的主要原因。
天王星和海王星盛产钻石的科学报道一出来，估计很多有实力的富豪或者跨国公司都会将目光投向这两颗行星。在他们眼中，天王星和海王星或会是未来发展太空采矿业的重要基地。如果能成功地将天王星或海王星上的钻石“搬回”地球，那么将能带来一笔不菲的收益。
2、在天王星上存在哪些物质？
据报道（20190730），在天王星上存在哪些物质？
在美国天文学家观测天王星时发现，天王星周围有一个强大的磁场与围绕它绕行的卫星系统。
美国的“航海者一号和二号”无人驾驶太空船，在离地球18亿英里的太空，拍回了大批照片，初步揭开了这个行星的神秘面貌。
最初的一些照片发现天王星最少有14个卫星，其直径从20英里到1000英里都有。这些卫星表面满是撞击坑和浮水。
在天王星表面上的云状物原来是永不静止的蓝绿色大海；急速流动的氦和氢造成了强风，吹过结冰的海洋。磁场的发现证明天王星有一个炽热的核心，并且产生强大的电能，造成类似地球的极光。
天王星是太阳系的第七个行星，1781年才被天文学家发现。但是，在“航海者二号”发回照片以前，科学家对这个遥远的行星所知的非常有限。在这里阳光要比地球弱350倍，气温大约是零下360度。以地球时间计算，天王星环绕太阳一圈要84年。
“航海者一号和二号”是1977年一起升空的，已经到过木星和土星。后来其一号太空船离开太阳系，二号继续飞去天王星，1987年1月24日最接近这个行星，大约离其表面不足170万英里。
现在知道，天王星上有水、碳氢化合物和有机气体。一般人最感兴趣的是这个星球有没有生物呢？因为地球开天辟地的时候，也是先有这三种东西。早在1979年，“航海者”发现木星也有卫星。到1981年，又在土星的卫星上发现类似地球大气层的有机物。天文物理学家说，在这种情况下，有原始生物是有可能的。
令科学家们感兴奋的是，木星、土星和天王星都具有由灰云和冰组成的光环。这就是说，在这些行星上可能存在着水，存在着生命。科学家认为，如果能够研究出这些光环的来历，也就可以研究出我们居住的地球的来历。科学家最少还要用几年时间，才能分析和研究完“航海者二号”在6个小时内所拍回的照片，到时可能会有惊人的发现。
（未完待续）
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