天王星

天王星

天王星の本来の色[a] 、ボイジャー2号が撮影。雲の上のもやのせいで、青白くくすんだ色に見えている。
発見
発見者	ウィリアム・ハーシェル
発見日	1781年3月13日
指定
発音	/ ˈ jʊər ə n ə s / ⓘ [1]または/ j ʊ ˈ r eɪ n ə s / ⓘ [2]
名前の由来	ギリシャ神Οὐρανός Ouranosのラテン語形Ūranus
形容詞	天王星人 ( / j ʊ ˈ r eɪ n i ə n / ) [ 3]
シンボル	（主に天文学的）、 （主に占星術）
軌道特性[4] [b]
エポック J2000
遠日点	20.0965  AU ( 30億 6390万 km )
近日点	18.2861 AU ( 27億3556万 km)
半長軸	19.191 26  AU ( 2.870 972 億km)
偏心	0.047 17
軌道周期（恒星）	84.0205 年 30,688.5日[5] 42,718天王星日[6]
軌道周期（朔望周期）	369.66日[7]
平均軌道速度	6.80 km/s [7]
平均異常	142.238 600 °
傾斜	黄道に対して0.773° 太陽の赤道まで6.48° 不変面に対して0.99° [8]
昇交点の経度	74.006°
近日点通過時刻	2050年8月17日～19日[9] [10]
近日点の議論	96.998 857 °
既知の衛星	28
身体的特徴
平均半径	25,362 ± 7 km [11] [c]
赤道半径	25,559 ± 4 km 4.007 地球[11] [c]
極半径	24,973 ± 20 km 3.929 地球[11] [c]
平坦化	0.0229 ± 0.0008 [日]
周	159,354.1 km [5]
表面積	8.1156 × 10 9  km 2 [5] [c] 15.91 地球
音量	6.833 × 10 13  km 3 [7] [c] 63.086 地球
質量	(8.6810 ± 0.0013) × 10 25  kg 14.536 地球[12] GM =5,793,939 ± 13 km 3 /s 2
平均密度	1.27 g/cm3 [ 7] [e]
表面重力	8.69 m/s 2 (0.886  g 0 ) [7] [c]
慣性モーメント係数	0.23 [13] (推定)
脱出速度	21.3 km/s [7] [c]
朔望周期	−0.718 32 日 −17時間 14分 23秒 （逆行）[6]
恒星回転周期	−0.718 33 日 −17時間14分24秒 （逆行）[11]
赤道回転速度	2.59 km/秒
軸傾斜	82.23°（軌道に対して、逆行）。[7] 97.77°（順行、右手の法則）
北極赤経	17時間9分15秒 257.311° [11] [14]
北極の偏角	−15.175° [11] [14]
アルベド	0.300 (結合) [15] 0.488 (幾何学) [16]
表面温度 分 平均 最大 1 バールレベル[17] 76 K (-197.2 °C) 0.1バール （対流圏界面）[18] 47 キロ 53 千円 57 キロ
見かけの等級	5.38 [19]から 6.03 [19]
絶対等級 （H）	−7.2 [20]
角直径	3.3インチから4.1インチ[7]
雰囲気[18] [21] [22] [f]
スケールの高さ	27.7キロ[7]
体積構成	1.3 bar (130 kPa) 未満: 83 ± 3%水素 15 ± 3%ヘリウム メタン2.3% 0.009% (0.007–0.015%)重水素 硫化水素（微量） 氷のような揮発性物質: アンモニア 水氷 硫化アンモニウム メタンハイドレート

天王星は太陽から7番目の惑星です。これは、シアン色のガス状の氷の巨星です。惑星の大部分は、天文学では「氷」または揮発性物質と呼ぶ、超臨界状態の物質である水、アンモニア、メタンでできています。この惑星の大気は複雑な層状の雲構造をしており、太陽系のすべての惑星の中で最も低い最低気温（49 K（-224 °C; -371 °F））を持っています。82.23°の顕著な軸傾斜があり、逆行周期は17時間14分です。これは、太陽の周りを84地球年で公転する間に、その極では約42年間連続して日光が当たり、その後42年間連続して暗闇が続く ことを意味します。

天王星は太陽系の惑星の中で3番目に大きい直径と4番目に大きい質量を持つ。現在のモデルに基づくと、その揮発性のマントル層の中には岩石の核があり、それを取り囲むように厚い水素とヘリウムの大気がある。上層大気では、微量の炭化水素（加水分解によって生成されたと考えられている）と一酸化炭素、二酸化炭素（彗星が起源であると考えられている）が検出されている。天王星の大気には、最大風速900 km/h（560 mph）、^[23]極冠の変動、不規則な雲形成など、説明のつかない気候現象が多数ある。また、この惑星は他の巨大惑星と比較して内部熱が非常に低いが、その原因は不明である。

他の巨大惑星と同様に、天王星には環系、磁気圏、および多くの衛星がある。極めて暗い環系は入射光の約 2% しか反射しない。天王星の 28 の衛星には 18 の通常の衛星が含まれ、そのうち 13 は小さな内側の衛星である。さらに外側には、ミランダ、アリエル、ウンブリエル、チタニア、およびオベロンという、この惑星の5 つの大きな衛星がある。天王星からかなり離れたところには、9 つ​​の不規則衛星が知られている。この惑星の磁気圏は高度に非対称で、多くの荷電粒子があり、それが環と衛星の暗さの原因である可能性がある。

天王星は肉眼で見えるが、非常に暗く、ウィリアム・ハーシェルが初めて観測した1781年まで惑星として分類されていなかった。発見から約70年後、ギリシャ神話の原始神の1人であるギリシャ神ウラノス（ウラノス）にちなんでこの惑星に名前をつけることで合意に達した。2024年の時点で、この惑星が間近に訪れたのは、1986年にボイジャー2号が通過した時のみである。^{[24]現在では望遠鏡で}解像して観測できるが、惑星科学10年計画調査が提案されている天王星探査機と探査機のミッションを2023～2032年の調査の最優先事項にすることを決定したことや、CNSAが天問4号のサブプローブでこの惑星を通過することを提案していることからもわかるように、この惑星を再訪したいという要望は大きい。^[25]

古典的な惑星と同様に、天王星は肉眼で見ることができますが、その暗さと軌道の遅さのため、古代の観測者には惑星として認識されませんでした。^[26] ウィリアム・ハーシェルは1781年3月13日に初めて天王星を観測し、惑星としての発見につながり、歴史上初めて太陽系の既知の境界を広げ、天王星は望遠鏡の助けを借りてそのように分類された最初の惑星となりました。天王星の発見により、既知の太陽系の大きさも実質的に2倍になりました。これは、天王星が太陽から土星の約2倍の距離にあるためです。

天王星は惑星として認識される以前から、恒星と誤認されながらも、何度も観測されてきた。知られている限り最古の観測はヒッパルコスによるもので、紀元前128年に彼は天王星を恒星として記録し、後にプトレマイオスの『アルマゲスト』に取り入れられた。^[27]最も古い確実な観測は1690年で、ジョン・フラムスティードが少なくとも6回観測し、おうし座34番星としてカタログ化した。フランスの天文学者ピエール・シャルル・ル・モニエは1750年から1769年の間に少なくとも12回天王星を観測しており、^[28]その中には4夜連続の観測も含まれている。

ウィリアム・ハーシェルは1781年3月13日、イギリスのサマセット州バースのニュー・キング・ストリート19番地にある自宅の庭（現在はハーシェル天文学博物館）から天王星を観測し、^{[29]当初は}彗星として報告した（1781年4月26日）。^[30]自家製の6.2インチ反射望遠鏡を使用して、ハーシェルは「恒星の視差に関する一連の観測を行った。」 ^{[31] [32]}

ハーシェルは日記にこう記している。「ζタウリ星の近くの四分位に 、星雲状星か、あるいは彗星がある。」^[33] 3月17日にはこう記している。「彗星か星雲状星を探したが、場所が変わったため彗星であることが分かった。」^[34]王立協会にこの発見を発表したとき、彼は彗星を発見したと主張し続けたが、暗にそれを惑星と比較した。^[31]

私が初めて彗星を見たときの倍率は 227 でした。経験から、恒星の直径は、惑星のように倍率が高くなっても比例して拡大しないことを知っています。そのため、倍率を 460 と 932 に設定したところ、恒星ではないと仮定した場合、彗星の直径は倍率に比例して大きくなるのが当然のことですが、比較した星の直径は同じ比率で増加しませんでした。さらに、彗星は光が許す範囲をはるかに超えて拡大されたため、これらの大きな倍率でぼんやりと不明瞭に見えましたが、星は何千回もの観察から私が保持すると知っていた輝きと鮮明さを保っていました。その後、私の推測が根拠のあるものであることが示され、これが最近観測した彗星であることが証明されました。^[31]

ハーシェルは王立天文学者ネヴィル・マスケリンに発見を報告し、1781年4月23日に困惑した返事を受け取った。「何と呼べばいいのか分からない。太陽に対してほぼ円形の軌道を回る通常の惑星である可能性も、非常に偏心した楕円軌道を回る彗星である可能性も同じくらいある。まだコマや尾は見ていない。」^[35]

ハーシェルは新天体を彗星と表現し続けたが、他の天文学者たちは既に別の可能性を疑い始めていた。ロシアで活動していたフィンランド系スウェーデン人の天文学者アンダース・ヨハン・レクセルは、新天体の軌道を初めて計算した人物である。^[36]レクセルは、その軌道がほぼ円形であることから、彗星ではなく惑星であると結論付けた。ベルリンの天文学者ヨハン・エラート・ボーデは、ハーシェルの発見を「土星の軌道を超えて周回する、これまで知られていなかった惑星のような物体とみなせる動く恒星」と表現した。^[37]ボーデは、そのほぼ円形の軌道は彗星というより惑星に近いと結論付けた。^[38]

この天体はすぐに新しい惑星として広く受け入れられた。1783年までにハーシェルは王立協会会長ジョセフ・バンクスにこれを認めた。「ヨーロッパの最も著名な天文学者たちの観察によれば、私が1781年3月に彼らに指摘する栄誉を得たこの新しい星は、太陽系の主惑星であるようだ。」^[39]ジョージ3世はハーシェルの功績を認め、ハーシェルがウィンザーに移り、王室が彼の望遠鏡を覗けるようにすることを条件に、年間200ポンド（2023年時点で3万ポンドに相当）の手当を支給した^{[40] 。 [41]}

天王星という名前は、古代ギリシャの天空の神ウラノス（古代ギリシャ語：Οὐρανός）に由来する。ウラノスはローマ神話ではカエロスとして知られ、クロノス（土星）の父、ゼウス（木星）の祖父、アレス（火星）の曽祖父であり、ラテン語ではウラヌス（IPA： [ˈuːranʊs] ）と表記されている。^{[2] 8つの惑星の中で、英語名が}ギリシア神話の人物に由来する唯一の惑星である。天文学者の間で好まれるUranusという名前の発音は/ ˈ jʊər ə n ə s / YOOR -ə-nəs ^[1]であり、英語の長い "u"とラテン語のUranusのように最初の音節にアクセントが置かれる。これとは対照的に/ j ʊ ˈ r eɪ n ə s / yoo- RAY -nəsでは、2番目の音節にアクセントが置かれ、aが長くなるが、どちらも許容されると考えられている。^[g]

名前についての合意は、惑星の発見からほぼ70年を経てようやく得られた。発見後の最初の議論で、マスケリンはハーシェルに「天文学界にあなたの惑星に名前を付けるようお願いしたい。それは完全にあなた独自のものであり、私たちは発見にとても感謝している」と頼んだ。^[43]マスケリンの要請に応えて、ハーシェルは新しいパトロンであるジョージ3世に敬意を表して、その天体をジョージウム・シダス（ジョージの星）、つまり「ジョージ王朝の惑星」と名付けることにした。^[44]彼はジョセフ・バンクスへの手紙でこの決定を説明した。^[39]

古代の伝説の時代では、水星、金星、火星、木星、土星という名称が、その惑星の主たる英雄や神々の名前として与えられました。より哲学的な現代において、同じ方法に頼って、私たちの新しい天体にジュノー、パラス、アポロ、ミネルヴァなどと名付けることは、ほとんど許されないでしょう。特定の出来事や注目すべき出来事について最初に考慮すべきことは、その年代順のようです。将来、この最後の惑星が発見されたのはいつかと尋ねられたら、その答えは「ジョージ3世の治世中」と答えるのが非常に満足のいくものでしょう。

ハーシェルが提案した名前はイギリスとハノーバー以外では人気がなく、すぐに代わりの名前が提案された。天文学者のジェローム・ラランドは、発見者に敬意を表してハーシェルと名付けることを提案した。 ^[45]スウェーデンの天文学者エリック・プロスペリンは、アストレア、 キュベレー（現在の小惑星名）、そして次に発見される惑星の名前となる海王星を提案した。ゲッティンゲンのゲオルク・リヒテンベルクもアストレア（アウストラエア）を支持したが、彼女は伝統的に牡牛座ではなく乙女座に関連付けられている。海王星は、アメリカ独立戦争中のイギリス海軍艦隊の勝利を記念して、新しい惑星をネプチューン・ジョージ3世またはネプチューン・グレートブリテンと呼ぶというアイデアを好んだ他の天文学者にも支持され、レクセルも妥協案を提案した。^{[36] [46]}ダニエル・ベルヌーイはヒュペルクロニウスとトランスアトゥルニスを提案した。ミネルヴァも提案された。^[46]

1782年3月の論文で、ヨハン・エラート・ボーデは、ギリシャ神話の天空の神ウラノスのラテン語版であるウラヌスを提案した。^[47]ボーデは、名前は神話に倣って他の惑星と違って目立たないようにすべきであり、天王星はティターン族の第一世代の父として適切な名前であると主張した。^{[47]彼はまた、}土星が木星の父であるのと同じように、新しい惑星は土星の父にちなんで名付けられるべきであるという点で、名前の優雅さを指摘した。 ^{[41] [47] [48] [49]しかし、彼は、}ウラヌスが神の名前のラテン語版にすぎず、ローマ語ではカエルスであるということを知らなかったようだ。1789年、ボーデの王立科学アカデミーの同僚であるマーティン・クラプロートは、ボーデの選択を支持し、新発見の元素にウランと名付けた。 ^[50]最終的に、ボーデの提案が最も広く使われるようになり、1850年に最後の抵抗者であったHM航海年鑑事務所がジョージア・シダスから天王星の使用に切り替えたときに普遍的になりました。^[48]

天王星には2つの天文記号がある。最初に提案されたのは、, ^[h]は、1782年にボーデの要請によりヨハン・ゴットフリート・ケーラーによって提案された。 ^[51]ケーラーは、新しい惑星にプラチナの記号を与えることを提案した。プラチナは科学的に記述されたのはわずか30年前だった。プラチナを表す錬金術の記号がなかったため、彼は⛢または⛢は、惑星金属記号☉（金）と♂（鉄）の組み合わせで、プラチナ（または「ホワイトゴールド」）が鉄と混ざっているのが発見されたためである。ボーデは、縦向きの⛢の方が他の惑星の記号とよく合い、区別がつくと考えた。^[51]この記号は、現代の天文学では、記号が使用される稀なケースでは主に使用されている。^{[52] [53]} 2番目の記号、, ^[i]は1784年にラランドによって提案されました。ハーシェルへの手紙の中で、ラランドはそれを「あなたの姓の最初の文字が上に載った地球儀」と表現しました。 [ ^45] 2番目のシンボルは占星術ではほぼ普遍的です。

英語圏の 大衆文化では、天王星の名前の一般的な発音が「あなたの肛門」というフレーズに似ていることから、ユーモアが生まれることが多い。^[54]

天王星は他の言語では様々な名前で呼ばれている。天王星の名前は、中国語（天王星; Tiānwángxīng）、日本語（天王星）、韓国語（천왕성）、ベトナム語（sao Thiên Vương）で文字通り「空の王の星」と翻訳されている。^{[55] [56] [57] [58]}タイ語では、英語と同じく正式名称はダオ・ユレナット（ดาวยูเรนัส）である。タイ語での別名はダオ・マルエッタユ（ดาวมฤตยู、Mṛtyuの星）で、サンスクリット語で「死」を意味するMrtyu（मृत्यु）に由来している。モンゴル語ではテンゲリン・ヴァン（Тэнгерийн ван ）と呼ばれ、「天空の王」と訳され、同名の神が天空の支配者としての役割を反映している。ハワイ語ではヘレエカラと呼ばれ、「ハーシェル」のハワイ語訳である。^[59]マオリ語ではウェランギと呼ばれる。^{[60] [61]}

氷巨星とガス巨星の違いは、その形成の歴史から生じていると考えられている。^{[62] [63] [64]太陽系は、}プレソーラー星雲と呼ばれるガスと塵の回転する円盤から形成されたと仮説されている。星雲のガス、主に水素とヘリウムの多くは太陽を形成し、塵の粒子が集まって最初の原始惑星を形成した。惑星が成長するにつれて、そのうちのいくつかは最終的に、重力で星雲の残留ガスを保持できるだけの物質を集積した。^{[62] [63] [65]}保持するガスが多いほど、惑星は大きくなり、大きくなればなるほど、臨界点に達するまで保持するガスが増え、サイズが指数関数的に増加し始めた。^[66]地球のわずか数倍の質量の星雲ガスしか持たない氷巨星は、その臨界点に達することはなかった。^{[62] [63] [67]最近の}惑星移動のシミュレーションでは、両方の氷巨星は現在の位置よりも太陽に近い場所で形成され、形成後に外側に移動したと示唆されている（ニースモデル）。^[62]

天王星は84年で太陽の周りを一周します。星々を背景に見ると、1781年に発見されて以来^[68] 、この惑星は発見された地点である連星ゼータ・タウリの北東に2度戻ってきました（1865年3月と1949年3月）。そして2033年4月にも再びこの位置に戻る予定です。^[69]

太陽からの平均距離はおよそ 20AU（30 億 km  ）である。太陽からの最小距離と最大距離の差は1.8AUで、他のどの惑星よりも大きいが、準惑星である冥王星ほど大きくはない。^[70]太陽光の強度は距離の2乗に反比例して変化し、天王星（太陽から地球までの距離の約20倍）では、地球の光の強度の約1/400である。^[71]

天王星の軌道要素は、1783年にピエール＝シモン・ラプラスによって初めて計算されました。^[72]時が経つにつれ、予測された軌道と観測された軌道の間に食い違いが現れ始め、1841年にジョン・カウチ・アダムズが初めて、その違いは目に見えない惑星の重力によるものであると提唱しました。1845年、ユルバン・ルヴェリエは天王星の軌道に関する独自の研究を開始しました。1846年9月23日、ヨハン・ゴットフリート・ガレは、ルヴェリエが予測した位置とほぼ同じ場所に、後に海王星と名付けられた新しい惑星を発見しました。 ^[73]

天王星の内部の自転周期は17時間14分である。他の巨大惑星と同様に、天王星の上層大気は自転方向に強い風が吹いている。南緯約60度などの緯度では、大気の目に見える特徴がはるかに速く動き、わずか14時間で完全に自転する。^[74]

天王星の自転軸は太陽系の平面とほぼ平行で、軸の傾きは 82.23° です。(どの極を北とするかによって、傾きは 82.23° または 97.8° と記述されます。前者は、太陽系の不変平面の地球の北側にある極を北極とする国際天文学連合の 定義に従います。このように定義されると、天王星は逆行自転します。あるいは、物体の北極と南極を自転方向に対して右手の法則に従って定義する慣例に従って、天王星の軸の傾きを 97.8° と示すこともできます。これにより、北と南の極が逆転し、惑星は順行自転します。^[75] ) これにより、他の惑星とはまったく異なる季節の変化が生まれます。 （冥王星と原始惑星小惑星2パラスも、極端に軸が傾いている。）至点の近くでは、一方の極は常に太陽に面し、もう一方の極は太陽から背を向け、赤道周辺の狭い帯状の領域のみが太陽が地平線より低い位置にあるため、急速な昼夜サイクルを経験する。天王星の軌道の反対側では、太陽に対する極の向きが逆になっている。各極では約42年間連続して日光が当たり、その後42年間暗闇が続く。^[76]春分点の近くでは、太陽は天王星の赤道に面し、他のほとんどの惑星で見られるのと同様の昼夜サイクルの期間が生まれます。

この軸の向きの結果、天王星の年間平均では、天王星の極に近い地域は赤道地域よりも太陽から大きなエネルギー入力を受ける。しかし、天王星は極よりも赤道の方が高温である。この原因となる根本的なメカニズムは不明である。天王星の異常な軸の傾きの理由も確実にはわかっていないが、太陽系の形成中に地球サイズの原始惑星が天王星に衝突し、歪んだ向きになったというのが一般的な推測である。^[77]ダラム大学のジェイコブ・ケゲライスによる研究では、傾きは30億から40億年前に地球よりも大きな岩石が天王星に衝突したことによるものであると示唆されている。^[78] 1986年にボイジャー2号が接近したとき、天王星の南極はほぼ太陽に向いていた。^{[79] [80]}

天王星の平均視等級は5.68で標準偏差は0.17で、極端な場合は5.38と6.03である。^{[19]この明るさの範囲は、}肉眼で見える限界に近い。変動の多くは、太陽から照らされ、地球から見た惑星の緯度に依存する。^[82]角直径は3.4〜3.7秒角で、土星の16〜20秒角、木星の32〜45秒角と比較して大きい。^[83]衝では、暗い空では天王星は肉眼で見え、双眼鏡を使えば市街地でも簡単に見つけられる。^[7]対物口径が15〜23cmの大型のアマチュア用望遠鏡では、天王星は周辺が明瞭に暗くなった淡いシアン色の円盤として見える。口径25cm以上の大型望遠鏡を使えば、雲模様や、ティタニアやオベロンなどの大型衛星も見えるかもしれない。^[84]

天王星の質量は地球の約14.5倍で、巨大惑星の中で最も質量が小さい。直径は海王星よりわずかに大きく、地球の約4倍である。密度は1.27 g/cm ³で、土星に次いで2番目に密度の低い惑星となっている。^{[11] [12]}この値は、天王星が主に水、アンモニア、メタンなどのさまざまな氷でできていることを示す。^[17]天王星内部の氷の総質量は、選択したモデルによって異なる数値が出るため、正確にはわかっていないが、地球の9.3〜13.5質量の間であるはずだ。^{[17] [85]} 水素とヘリウムは全体のごく一部を占め、地球の0.5〜1.5質量である。^{[17]氷以外の質量の残り（地球の0.5〜3.7質量）は}岩石物質で占められている。^[17]

天王星の構造の標準モデルは、中心の岩石（ケイ酸塩/鉄ニッケル）核、中間の氷のマントル、そして外側の水素/ヘリウムのガス状の外殻の3層で構成されているというものである。 ^{[17] [86]}核は比較的小さく、質量はわずか0.55地球質量で、半径は惑星の20%未満です。マントルはその大部分を占め、約13.4地球質量であり、上層大気は比較的実体がなく、約0.5地球質量で、天王星の半径の最後の20%に広がっています。^{[17] [86]}天王星の核の密度は約9 g/cm ^{3 で}、中心部の 圧力は800万バール（800 GPa）、温度は約5000  Kです。^{[85] [86]}氷マントルは、実際には従来の意味での氷でできているのではなく、水、アンモニア、その他の揮発性物質からなる高温で高密度の流体でできています。^{[17] [86]}この流体は電気伝導率が高く、水アンモニアの海と呼ばれることもあります。^[87]

天王星深部の極度の圧力と温度によりメタン分子が分解され、炭素原子が凝縮してダイヤモンドの結晶となり、雹のようにマントルを通り抜けて降り注ぐ可能性がある。^{[88] [89]}この現象は、科学者が木星、土星、海王星に存在すると理論づけているダイヤモンドの雨に似ている。^{[90] [91]}ローレンス・リバモア国立研究所の超高圧実験では、マントルの底部は金属液体炭素の海と、おそらく浮遊する固体の「ダイヤモンド山」で構成されている可能性が示唆されている。^{[92] [93] [94]}

天王星と海王星の全体構成は木星や土星とは異なり、ガスよりも氷が優勢であるため、氷巨星として別々に分類されています。水分子が水素と酸素イオンのスープに分解されるイオン水の層があり、さらに下には酸素が結晶化するが水素イオンは酸素格子内を自由に移動する超イオン水がある可能性があります。^[95]

上で検討したモデルは、かなり標準的なものですが、唯一のものではありません。他のモデルも観察結果を満たしています。たとえば、氷マントルに相当量の水素と岩石質が混ざっている場合、内部の氷の総質量は少なくなり、それに応じて岩石と水素の総質量は高くなります。現在入手可能なデータでは、どのモデルが正しいかを科学的に判断することはできません。^[85]天王星の内部構造は流体であるため、固体表面はありません。ガス状の大気は徐々に内部の液体層に移行します。^[17]便宜上、大気圧が 1 bar (100 kPa) に等しい点に置かれた回転する扁平球体は、条件付きで「表面」と呼ばれます。赤道半径と極半径はそれぞれ 25,559 ± 4 km (15,881.6 ± 2.5 mi) と 24,973 ± 20 km (15,518 ± 12 mi) です。^[11]この面はこの記事全体で高度のゼロ点として使用されます。

天王星の内部熱は他の巨大惑星に比べて著しく低いようで、天文学的には熱流束が低い。^{[23] [96]}天王星の内部温度がなぜそれほど低いのかは未だ解明されていない。大きさと組成が天王星とほぼ双子である海王星は、太陽から受け取るエネルギーの2.61倍のエネルギーを宇宙に放射しているが^[23] 、天王星は余分な熱をほとんど放射していない。天王星がスペクトルの遠赤外線（つまり熱）部分で放射する全エネルギーは大気中に吸収される太陽エネルギーの1.06 ± 0.08倍である。^{[18] [97]}天王星の熱流束は0.042 ± 0.047  W / m ^{2 で}あり、これは地球の内部熱流束の約0.075  W / m ²。^{[97]天王星の}対流圏界面で記録された最低気温は49 K（-224.2 °C; -371.5 °F）であり、天王星は太陽系で最も寒い惑星となっています。^{[18] [97]}

この矛盾の仮説の1つは、地球サイズの衝突体が天王星の軸の傾きの背後にあると理論づけられ、その衝突によって天王星は原始的な熱のほとんどを放出したため、惑星の中心核の温度が低下したというものである。^[98]もう1つの仮説は、天王星の上層に何らかの障壁が存在し、中心核の熱が地表に到達するのを防いでいるというものである。^[17]たとえば、対流は組成の異なる一連の層で発生し、上向きの熱輸送を妨げる可能性がある。^{[18] [97]}おそらく二重拡散対流が制限要因である。^[17]

2021年の研究では、オリビンやフェロペリクレースなどの鉱物を含む水を圧縮することで氷の巨星の内部環境を模倣し、天王星と海王星の液体内部に大量のマグネシウムが溶解している可能性があることを示した。天王星に海王星よりも多くのマグネシウムがある場合、断熱層が形成され、惑星の低温を説明できる可能性がある。^[99]

天王星の内部には明確に定義された固体表面はないが、リモートセンシングでアクセス可能な天王星のガス層の最外部は、大気と呼ばれている。^[18]リモートセンシングの能力は、1 bar (100 kPa) レベルよりおよそ 300 km 下まで及び、対応する圧力は約 100 bar (10 MPa)、温度は 320 K (47 °C; 116 °F) である。^[100]希薄な熱圏は、 1 bar の圧力にあると定義されている公称表面から 2 つの惑星半径にわたって広がっている。^[101]天王星の大気は、高度が -300 ～ 50 km (-186 ～ 31 mi) で圧力が 100 ～ 0.1 bar (10 MPa ～ 10 kPa) の対流圏の 3 つの層に分けられる。成層圏は高度50～4,000km（31～2,485マイル）、気圧は0.1～10−10^バール （ 10kPa～10μPa  ）の範囲に及び、熱圏は地表から4,000kmから50,000kmの高さにまで広がる。^[18]中間圏は存在しない。

天王星の大気の組成は、その全体とは異なり、主に分子状水素とヘリウムで構成されています。^[18]ヘリウムのモル分率、つまりガス分子あたりのヘリウム原子の数は、0.15 ± 0.03 ^[22]であり、これは質量分率0.26 ± 0.05。^{[18] [97]}この値は、原始太陽系ヘリウムの質量分率に近い。0.275 ± 0.01、^{[102] は}ヘリウムがガス惑星のように中心に定着していないことを示している。^[18]天王星の大気で3番目に豊富な成分はメタン（CH ₄）である。^{[18]メタンは}可視光と近赤外線（IR）に顕著な吸収帯があり、天王星はアクアマリン色またはシアン色をしている。^[18]メタン分子は、圧力レベル1.3バール（130 kPa）のメタン雲層の下で、モル分率で大気の2.3％を占めており、これは太陽の炭素存在量の約20〜30倍に相当します。^{[18] [21] [103]}

上層大気では温度が極めて低いため、混合比^[j]ははるかに低く、飽和レベルが低下し、余分なメタンが凍結します。^{[104]深層大気中のアンモニア、水、}硫化水素などの揮発性の低い化合物の存在量はほとんどわかっていません。それらもおそらく太陽の値よりも高いです。^{[18] [105]}メタンとともに、さまざまな炭化水素が微量天王星の成層圏で発見されており、太陽の紫外線（UV）放射によって引き起こされる光分解によってメタンから生成されたと考えられています。 ^{[106]これらには、}エタン（C ₂ H ₆）、アセチレン（C ₂ H ₂）、メチルアセチレン（CH ₃ C ₂ H）、ジアセチレン（C ₂ HC ₂ H ）が含まれます。^{[104] [107] [108]}分光法によって、大気圏上層部に水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素の痕跡も発見されたが、これらは大気圏外から落下する塵や彗星などの外部発生源からのみ発生する。^{[107] [108] [109]}

対流圏は大気圏の中で最も低く、最も密度の高い部分であり、高度とともに温度が低下するのが特徴です。^[18]温度は、高度-300 kmの公称対流圏底部の約320 K（47 °C; 116 °F）から、高度50 kmの53 K（-220 °C; -364 °F）まで低下します。^{[100] [103]対流圏の最も冷たい上部領域（}対流圏界面）の温度は、実際には惑星の緯度に応じて49〜57 K（-224〜-216 °C; -371〜-357 °F）の範囲で変化します。^{[18] [96]}対流圏界面領域は天王星の熱的遠赤外線放射の大部分を占めており、その実効温度は59.1 ± 0.3 K（-214.1 ± 0.3 °C; -353.3 ± 0.5 °F）となっている。^{[96] [97]}

対流圏は非常に複雑な雲構造を持つと考えられており、水雲は50～100バール（5～10MPa）の圧力範囲、硫化アンモニウム雲は20～40バール（2～4MPa）、アンモニアまたは硫化水素雲は3～10バール（0.3～1MPa）、そして最後に直接検出された薄いメタン雲は1～2バール（0.1～0.2MPa）にあると仮定されています。^{[18] [21] [100] [110]}対流圏は大気の動的な部分であり、強風、明るい雲、季節の変化が見られます。^[23]

天王星の大気の中間層は成層圏であり、ここでの温度は高度とともに上昇し、対流圏界面の53 K（-220 °C、-364 °F）から熱圏底部の800〜850 K（527〜577 °C、980〜1,070 °F）まで上昇する。^{[101]成層圏の加熱は、メタンやその他の}炭化水素による太陽の紫外線と赤外線の吸収によって引き起こされる。^{[112]これらは、メタンの}光分解の結果として大気のこの部分で生成される。^[106]熱は高温の熱圏からも伝導される。^[112]炭化水素は高度100～300kmの比較的狭い層を占めており、圧力範囲は1,000～10Pa、温度範囲は75～170K（-198～-103℃、-325～-154℉）である。^{[104] [107]}

最も豊富な炭化水素はメタン、アセチレン、エタンであり、混合比は約10である。⁻⁷である。一酸化炭素の混合比もこれらの高度では同様である。 ^{[104] [107] [109]}より重い炭化水素と二酸化炭素の混合比は3桁低い。 ^[107]水の存在比は約7 × 10⁻⁹。 ^[108]エタンとアセチレンは成層圏と対流圏界面のより冷たい下部（10 mBarレベル以下）で凝縮して霞の層を形成する傾向があり、 ^[106]これが天王星の味気ない外観に部分的に影響している可能性がある。霞の上にある天王星の成層圏の炭化水素の濃度は、他の巨大惑星の成層圏よりも大幅に低い。 ^{[104] [113]}

天王星の大気の最外層は熱圏とコロナで、その温度はおよそ 800 K (527 °C) から 850 K (577 °C) の均一な温度である。^{[18] [113]}このような高レベルを維持するために必要な熱源はわかっていない。太陽の紫外線もオーロラ活動も、これらの温度を維持するのに必要なエネルギーを提供できないためである。成層圏の 0.1 mBar 以上の圧力レベルでは炭化水素が不足しているため、冷却効率が弱いことも一因である可能性がある。^{[101] [113]}分子状水素に加えて、熱圏コロナには多くの自由水素原子が含まれている。それらの小さな質量と高温により、コロナは表面から 50,000 km (31,000 マイル)、つまり天王星の半径 2 つ分まで広がっている。^{[101] [113]}

この広がったコロナは天王星のユニークな特徴である。^[113]その影響には、天王星を周回する小さな粒子に対する抗力があり、天王星のリングの塵の一般的な減少を引き起こしている。 ^[101]天王星の熱圏は、成層圏の上部とともに、天王星の電離層に対応している。 ^[103]観測によると、電離層は高度2,000〜10,000 km（1,200〜6,200マイル）を占めている。^[103]天王星の電離層は土星や海王星の電離層よりも密度が高く、これは成層圏内の炭化水素の濃度が低いことに起因している可能性がある。^{[113] [114]}電離層は主に太陽の紫外線によって維持され、その密度は太陽活動に依存する。^[115] オーロラ活動は木星や土星に比べると重要ではない。^{[113] [116]}

紫外線と可視光線の波長では、天王星の大気は他の巨大惑星、さらにはよく似ている海王星と比べても淡白である。^{[23] 1986年に}ボイジャー2号が天王星を通過した際、惑星全体で合計10の雲の特徴が観測された。 ^{[117] [118]}この特徴の少なさの1つの説明として、天王星は太陽系で最も寒い惑星であるため、内部の熱が他の巨大惑星よりも著しく低いことが提案されている。^{[18] [97]}

1986年、ボイジャー2号は、天王星の目に見える南半球が、明るい極冠と暗い赤道帯の2つの領域に分けられることを発見した。^{[117]その境界は}緯度約-45°に位置している。緯度-45°から-50°の範囲にまたがる狭い帯が、その目に見える表面で最も明るい大きな特徴である。^{[117] [119]}それは南の「襟」と呼ばれている。帽子と襟は、1.3から2バールの圧力範囲内にあるメタンの雲の濃い領域であると考えられている。^[120]大規模な帯状構造の他に、ボイジャー2号は10個の小さな明るい雲を観測したが、そのほとんどは襟から北に数度離れていた。^[117]他のすべての点では、1986年の天王星は力学的に死んだ惑星のように見えた。

ボイジャー2号は天王星の南半球の夏の真っ盛りに到着したため、北半球を観測できなかった。21世紀初頭、北極域が見えるようになったとき、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）とケック望遠鏡は当初、北半球に襟も極冠も観測しなかった。^[119]そのため、天王星は非対称に見え、南極付近は明るく、南襟の北の領域は一様に暗かった。^[119] 2007年、天王星が春分点を通過したとき、南襟はほとんど消え、北緯45度付近にかすかな北襟が現れた。^{[121] 2023年、}超大型干渉電波望遠鏡（VLA）を使用するチームが、緯度80度の暗い襟と北極の明るい点を観測し、極渦の存在を示した。^[122]

1990 年代には、新しい高解像度の画像化技術が利用可能になったこともあり、観測される明るい雲の特徴の数は大幅に増加しました。^[23]そのほとんどは、北半球が見えるようになったときに発見されました。^[23]明るい雲は暗い部分で識別しやすいが、南半球では明るい襟に隠れてしまうという初期の説明は誤りであることが判明しました。^{[123] [124]}それでも、各半球の雲には違いがあります。北半球の雲は小さく、鋭く、明るいです。^[124]それらはより高い高度にあるように見えます。^[124]雲の寿命は数桁にわたります。小さな雲の中には何時間も存続するものもあり、少なくとも 1 つの南半球の雲はボイジャー 2 号のフライバイ以来存続している可能性があります。^{[23] [118]}最近の観測では、天王星の雲の特徴が海王星の雲の特徴と多くの共通点があることも発見されました。^[23]例えば、海王星によく見られる暗斑は、2006年に天王星暗斑と呼ばれる最初の暗斑が撮影されるまで、天王星では観測されていませんでした。^[125]天王星は春分期に海王星に似たものになりつつあると推測されています。^[126]

多数の雲の特徴を追跡することで、天王星の上部対流圏に吹く帯状風を特定できました。 ^[23]赤道では風は逆行しており、これは惑星の自転と逆方向に吹いていることを意味します。その風速は時速−360〜−180 km（時速−220〜−110 マイル）です。^{[23] [119]}風速は赤道から離れるにつれて増加し、対流圏の温度最低点がある緯度±20°付近でゼロになります。^{[23] [96]}極に近づくと、風は順行方向に変わり、天王星の自転とともに流れます。風速は増加し続け、緯度±60°で最大になり、極でゼロになります。^[23]緯度−40°での風速は時速540〜720 km（時速340〜450 マイル）です。襟がその緯度以下の雲をすべて隠してしまうため、襟と南極の間の速度を測定することは不可能である。^[23]対照的に、北半球では、最高速度860 km/h（540 mph）が緯度+50°付近で観測されている。^{[23] [119] [127]}

1986年、ボイジャー2号惑星電波天文学（PRA）実験では、周波数が0.9-40MHzの天王星の静電放電である雷が140回観測された。^{[128] [129]} UEDは24時間にわたって天王星の60万kmから検出されたが、そのほとんどは目に見えなかった。^[130]しかし、微物理モデリングでは、天王星の雷は深層対流圏の水雲で発生する対流嵐で発生することが示唆されている。^{[131] [132]}これが事実であれば、対流圏上の厚い雲層のために雷は目に見えないだろう。^[133] UEDは天王星の60万kmから検出されたが、そのほとんどは目に見えなかった。^[134]天王星の雷のパワーは約10 ⁸ Wで、1×10^7 J - 2×10^7 Jのエネルギーを放出し、平均120ミリ秒続きます。天王星の雷のパワーは、雲の対流率の変化によって季節によって大きく変化する可能性があります。^[135] UEDは天王星から60万km離れたところから検出されましたが、そのほとんどは目に見えませんでした。^[136]天王星の雷は地球の雷よりもはるかに強力で、木星の雷に匹敵します。^[137]氷巨星のフライバイ中、「ボイジャー2号」は、惑星の重力が低く、深部大気がより暖かい可能性があるため、海王星よりも天王星で雷をより明確に検出しました。^[138]

2004年3月から5月にかけての短期間、天王星の大気に大きな雲が現れ、海王星のような様相を呈した。^{[139] [124] [140]}観測された現象には、記録破りの風速820 km/h (510 mph) や、「独立記念日の花火」と呼ばれる持続的な雷雨などがある。^[118] 2006年8月23日、宇宙科学研究所 (コロラド州ボルダー) とウィスコンシン大学の研究者らが天王星の表面に暗黒点を観測し、科学者らに天王星の大気活動に関するさらなる知見を与えた。^[125]なぜこの突然の活動の急増が起きたのかは完全にはわかっていないが、天王星の極端な自転軸の傾きが、天候の極端な季節変動をもたらしていると思われる。^{[141] [126]}この季節変動の性質を判断するのは困難です。天王星の大気に関する良好なデータが存在しているのは84年未満、つまり天王星の1年未満だからです。天王星の半年間（1950年代から）の光度測定では、2つのスペクトルバンドの明るさが規則的に変化し、夏至と冬至に最大、冬至と春分と秋分に最小値が発生していることが示されています。^[142]夏至と冬至に最大となる同様の周期的変動は、1960年代に開始された深層対流圏のマイクロ波測定でも確認されています。 ^{[143] 1970年代に開始された} 成層圏温度測定でも、1986年の夏至付近で最大値が示されました。^[112]この変動の大部分は、観測ジオメトリの変化によって発生すると考えられています。^[123]

天王星では物理的な季節変化が起こっていることを示す兆候がいくつかある。天王星の南極は明るいことで知られているが、北極はかなり暗く、これは上で概説した季節変化のモデルとは矛盾している。^[126] 1944年の前回の北半球至のとき、天王星は高いレベルの明るさを示していたが、これは北極がいつもそれほど暗かったわけではないことを示唆している。^[142]この情報は、可視極が至点の少し前に明るくなり、春分点の後に暗くなることを示唆している。^{[126]可視光線とマイクロ波データの詳細な分析により、明るさの周期的な変化は至点を中心に完全に対称的ではないことが明らかになり、これは}子午線アルベドパターンの変化も示している。 ^[126]

1990年代、天王星が至点から遠ざかるにつれ、ハッブル望遠鏡や地上の望遠鏡は、南極冠が著しく暗くなることを明らかにした（南極冠は明るいままだったが）^[120] 。一方、北半球では雲の形成や風の強まりなどの活動が活発化し、^[118]、まもなく明るくなるとの期待が高まった。^[124]これは、2007年に天王星が春分点を通過したときに実際に起こった。かすかな北極冠が現れ、南極冠はほとんど見えなくなったが、帯状風のプロファイルはわずかに非対称のままで、北風は南風よりもやや遅いものだった。^[121]

これらの物理的変化のメカニズムはまだ明らかではない。^[126]夏至と冬至の近くでは、天王星の半球は交互に太陽光線を完全に浴びるか、深宇宙に面するかの状態になる。太陽に照らされた半球が明るくなるのは、対流圏にあるメタンの雲と霞の層が局所的に厚くなるためだと考えられている。^[120]緯度-45°の明るい襟もメタン雲と関連している。^[120]南極地域のその他の変化は、下層雲層の変化によって説明できる。^[120]天王星からのマイクロ波放射の変動は、おそらく深部対流圏循環の変化によって引き起こされる。厚い極雲と霞は対流を妨げる可能性があるからである。^[144]天王星に春分と秋分が到来する今、力学が変化し、対流が再び発生する可能性がある。^{[118] [144]}

ボイジャー2号が到着するまで、天王星の磁気圏の測定は行われていなかったため、その性質は謎のままでした。1986年より前、科学者たちは天王星の磁場が太陽風と一直線になるだろうと予想していました。なぜなら、その場合、黄道にある天王星の極と一直線になるからです。^[145]

ボイジャーの観測により、天王星の磁場は、その幾何学的中心から発生しておらず、自転軸から59°傾いているという点で特異であることが明らかになった。^{[145] [146]}実際、磁気双極子は天王星の中心から南自転極に向かって、惑星半径の3分の1ほどずれている。^[145]この異常な幾何学により、高度に非対称な磁気圏が形成され、南半球の表面の磁場強度は0.1 ガウス（10μT  ）と低いのに対し、北半球では1.1ガウス（110μT）と高い。^[145]表面の平均磁場は0.23ガウス（23μT）である。^[145]

2017年のボイジャー2号のデータの研究によると、この非対称性により、天王星の磁気圏は1日に1回太陽風とつながり、太陽の粒子に対して惑星が開かれていることが示唆されています。^[147]比較すると、地球の磁場はどちらの極でもほぼ同じ強さであり、「磁気赤道」は地理的赤道とほぼ平行です。^[146]天王星の双極子モーメントは地球の50倍です。^{[145] [146]}海王星の磁場も同様にずれて傾いており、これは氷の巨星に共通の特徴である可能性があることを示唆しています。^[146] 1つの仮説は、地球型惑星やガス型惑星の磁場が中心核内で生成されるのとは異なり、氷の巨星の磁場は、水とアンモニアの海などの比較的浅い深さでの動きによって生成されるというものです。^{[87] [148]}磁気圏の配置に関するもう一つの説明として、天王星の内部に磁場を阻止する液体ダイヤモンドの海があるという可能性もある。^[93]

奇妙な配置にもかかわらず、天王星の磁気圏は他の点では他の惑星のものと似ている。前方約23天王星半径に弓状衝撃波があり、18天王星半径に磁気圏界面があり、完全に発達した磁気圏尾部と放射線帯がある。 [ ^{145 ] [146] [149]}全体的に、天王星の磁気圏の構造は木星とは異なり、土星の磁気圏に似ている。 [145] ^[146]天王星の磁気圏尾部は数百万キロメートルにわたって宇宙空間に引きずり出されており、横向きの自転によって長い螺旋状にねじれている。^{[145] [150]}

天王星の磁気圏には荷電粒子が含まれている。主に陽子と電子で、少量のH ₂ ⁺イオンが含まれる。^{[146] [149]}これらの粒子の多くはおそらく熱圏に由来する。^{[149]イオンと電子のエネルギーは、それぞれ 4 メガ電子ボルトと 1.2}メガ電子ボルトに達することがある 。 [ ^149]内部磁気圏内の低エネルギーイオン（1キロ電子ボルト未満）の​​密度は 約 2 cm ⁻³である。^[152]粒子集団は天王星の衛星の影響を強く受けており、衛星は磁気圏を通り抜けて目立つ隙間を残す。^[149]粒子の流束は、 10 万年という天文学的に速い時間スケールで表面の暗色化や宇宙風化を引き起こすほど高い。 ^[149]これが、天王星の衛星と環が一様に暗い色をしている原因かもしれない。^[153]

天王星には比較的よく発達したオーロラがあり、両磁極の周りに明るい弧として見られます。^[113]木星とは異なり、天王星のオーロラは惑星熱圏のエネルギーバランスにとって重要ではないようです。^[116]オーロラ、またはむしろその三水素陽イオンの赤外線スペクトル放射は、2023年後半の時点で詳細に研究されています。 ^[154]

2020年3月、NASAの天文学者たちは、1986年に天王星を通過したボイジャー2号宇宙探査機によって記録された古いデータを再評価した後、天王星から宇宙空間に放出されたプラズモイドとしても知られる大規模な大気磁気バブルを検出したと報告した。 ^{[155] [156]}

天王星には28の天然衛星が知られている。^[157]これらの衛星の名前は、シェイクスピアやアレクサンダー・ポープの作品の登場人物から選ばれている。^{[86] [158]} 5つの主な衛星は、ミランダ、アリエル、ウンブリエル、ティタニア、オベロンである。^[86]天王星の衛星系は、巨大惑星の中で最も質量が小さく、5つの主な衛星を合わせた質量は、トリトン（海王星の最大の衛星）単独の質量の半分以下である。^{[12]天王星の最大の衛星であるティタニアの半径はわずか788.9 km（490.2 mi）で、}月の半分以下であるが、土星で2番目に大きい衛星であるレアよりわずかに大きいため、ティタニアは太陽系で8番目に大きい衛星となっている。天王星の衛星はアルベドが比較的低い。ウンブリエルでは0.20、アリエルでは0.35（緑色の光）の範囲です。^[117]これらは氷岩の凝灰岩で、およそ50％の氷と50％の岩石で構成されています。氷にはアンモニアと二酸化炭素が含まれている可能性があります。^{[153] [159]}

天王星の衛星の中では、アリエルの表面が最も新しく、衝突クレーターの数も最も少なく、ウンブリエルが最も古いようです。^{[117] [153]}ミランダには、深さ20 km (12 mi) の断層峡谷、段々になった地層、表面の年代と特徴の混沌とし​​た変化があります。^{[117]ミランダの過去の地質活動は、おそらくウンブリエルとの以前の 3:1}軌道共鳴の結果、その軌道が現在よりも偏心していた時代の潮汐加熱によって引き起こされたと考えられています。^{[160]湧昇する}ダイアピルに関連する伸張プロセスが、ミランダの「レーストラック」のようなコロナの起源である可能性があります。^{[161] [162]}アリエルはかつてチタニアと 4:1 共鳴していたと考えられています。^[163]

天王星には、太陽系内に少なくとも1つの_馬蹄形軌道衛星、すなわち、軌道の180°にある重力的に不安定な領域である天王星L3ラグランジュ点、83982クランターが存在する。^{[164] [165]}クランターは、複雑で一時的な馬蹄形軌道上を天王星の共軌道領域内を移動する。2010 EU 65も、有望な天王星馬蹄形リプレータ候補である。^[165]

天王星の環は極めて暗い粒子から成り、その大きさは数マイクロメートルから数分の1メートルまで様々である。^[117]現在13の異なる環が知られており、最も明るいのはε環である。天王星の環は2つを除いてすべて極めて狭く、通常は数キロメートルの幅である。環はおそらく非常に若いもので、力学的な考察から、天王星とともに形成されたものではないことが示唆されている。環の物質はかつて高速衝突によって粉砕された衛星の一部であった可能性がある。それらの衝突の結果として形成された多数の破片のうち、現在の環の位置に対応する安定領域に残ったのは少数の粒子だけであった。^{[153] [166]}

ウィリアム・ハーシェルは1789年に天王星の周囲にリングが存在する可能性があると記述した。リングは非常に暗く、その後2世紀にわたって他の観測者によって記録されなかったため、この目撃は一般に疑わしいと考えられている。それでも、ハーシェルはイプシロンリングの大きさ、地球に対する角度、赤い色、天王星が太陽の周りを回ったときの見かけの変化などを正確に記述した。 ^{[167] [168]}リング系は1977年3月10日にジェームズ・L・エリオット、エドワード・W・ダナム、ジェシカ・ミンクによってカイパー空中天文台で発見された。この発見は思いがけないものであり、彼らはSAO 158687（HD 128598としても知られる）の星の掩蔽を利用して天王星の大気を研究する予定であった。観測結果を分析したところ、この星は天王星の後ろに隠れる前と後に、5回にわたって短時間視界から消えていたことがわかった。彼らは、天王星の周りには環があるに違いないと結論付けた。^[169]その後、さらに4つの環が発見された。^[169]これらの環は、 1986年にボイジャー2号が天王星を通過したときに直接撮影された。^[117] ボイジャー2号はさらに2つのかすかな環を発見し、環の総数は11になった。^[117]

2005 年 12 月、ハッブル宇宙望遠鏡はこれまで知られていなかった 2 つのリングを発見しました。最大のリングは、これまで知られていたリングの 2 倍の距離を天王星から離れたところにあります。これらの新しいリングは天王星から非常に遠いため、「外側」リング システムと呼ばれています。ハッブルは 2 つの小さな衛星も発見しました。そのうちの 1 つであるMabは、新しく発見された最も外側のリングと同じ軌道を回っています。新しいリングにより、天王星のリングの総数は 13 になりました。 ^{[170] 2006 年 4 月、}ケック天文台から新しいリングの画像が送られ、外側のリングの色が得られました。最も外側のリングは青で、もう 1 つは赤です。^{[171] [172]}外側のリングの青い色に関する 1 つの仮説は、青い光を散乱させるほど小さい Mab の表面の水氷の微粒子で構成されているというものです。^{[171] [173]}対照的に、天王星の内側のリングは灰色に見えます。^[171]

天王星の環は地球から直接観測するのは非常に難しいが、デジタル画像処理の進歩により、何人かのアマチュア天文学者が赤色または赤外線フィルターを使用して環の撮影に成功しており、適切な画像撮影装置があれば、口径36cm（14インチ）ほどの小さな望遠鏡でも環を検出できる可能性がある。^[174]

1977年に打ち上げられたボイジャー2号は、1986年1月24日に天王星に最も接近し、雲頂から81,500 km (50,600 mi) 以内にまで接近した後、海王星への旅を続けた。探査機は天王星の大気の構造と化学組成を調査した。^[103]これには、極端な軸の傾きによって生じる天王星の特異な天候も含まれる。また、天王星の5つの最大の衛星を初めて詳細に調査し、10個の新しい衛星を発見した。ボイジャー2号は、この惑星系の既知の9つの環すべてを調査し、さらに2つの環を発見した。^{[117] [153] [175]}また、磁場、その不規則な構造、傾き、天王星の横向きの向きによって生じる独特のらせん状の磁気圏尾部も調査した。^[145]

それ以来、天王星を通過した探査機はないが、天王星系を再訪するミッションは数多く提案されている。土星から天王星へカッシーニ探査機を送る可能性は、2009年のミッション延長計画段階で評価されたが、最終的には土星の大気圏で破壊することが優先され却下された。 ^[176]土星を離れてから天王星系に到達するまでには約20年かかるためである。 [ ^{176]天王星突入探査機は、}パイオニア金星マルチプローブの遺産を利用し、1～5気圧まで降下することができる。^[177]天王星の周回衛星と探査機は、2011年に発表された2013～2022年の惑星科学10年計画調査で推奨されており、この提案では、2020～2023年の打ち上げと13年間の天王星への巡航が想定されていた。^[177]委員会の意見は2022年に再確認され、氷の巨星に関する知識が不足しているため、天王星探査機/周回衛星ミッションが最優先事項とされた。^[178]最近では、2029年に打ち上げられるCNSAの木星探査機「天問4号」に、軌道に入る代わりに分離して重力アシストを受けるサブプローブが搭載され、2045年3月に天王星を通過してから恒星間空間に向かうことが計画されている。^{[25]中国はまた、天王星または海王星を周回する可能性のある}「天問5号」の計画もあるが、まだ実現していない。^[25]

• 現代占星術では、天王星（記号）は水瓶座の支配惑星である。天王星が発見される前は、水瓶座の支配惑星は土星であった。天王星はシアン色であり、天王星は電気と関連しているため、シアンに近いエレクトリックブルーの色は水瓶座と関連している。^[179]
• 1789年にドイツの化学者マルティン・ハインリヒ・クラプロートによって発見された化学元素ウランは、当時新しく発見された天王星にちなんで命名されました。^[180]
• リディア・シガニーは彼女の詩を1827 年の詩集『The Georgian Planet』に収録。
• 「天王星の魔術師」は、グスタフ・ホルストの管弦楽組曲『惑星』の中の楽章の一つで、1914年から1916年にかけて作曲されました。
• ウラヌス作戦は、第二次世界大戦において赤軍がスターリングラードを奪還するために行った成功した軍事作戦であり、ドイツ国防軍との地上戦における転換点となった。
• ジョン・キーツの『チャップマンのホメロスを初めて読んだとき』の「そのとき、私は空を見守る者のような気分になった/新しい惑星が視界に浮かび上がったとき」という一節は、ハーシェルの天王星の発見に言及している。^[181]