科学家们关于天王星内部结构的设想基于观测到的物理性质。据一个流行的理论模型所示,天王星内包含了一个巨大的核,核内主要含有硅和氧,外面首先环绕着一个由冰和岩石组成的层面,然后是一片液态氢,最后是一个由气态氢、氦、甲烷、氨和水构成的外层。
科学家们将天王星的环系统分成10个不同区域,按照从星球表面向外一一将其命名为6、5、4、阿尔法、贝塔、尔塔、伽马、德尔塔、拉姆达和易浦西龙。天王星的环在很多方面与绕土星的环相距甚远。首先,它们的漫反射系数趋于较低值,约为0.03,这意味着它们只反射照耀其上的光的3%。而且,它们也似乎比土星环更稀薄。最后,天王星环的组成似乎与土星环迥然不同,它几乎全部由篮球大小的粒子构成,其中只有很少量微小的或者极大的粒子。
光谱数据显示,天王星环主要由水冰构成。一些科学家们相信,这些冰也许还覆盖着一薄层的碳,因为它们都有着很低的漫反射系数。很有意思的是,在土星上观察到的一对对“牧羊人月亮”也出现在天王星的环系统中。在发现这些天王星的牧羊人月亮之后,研究者们预言天王星周围会发现18个这样的月亮,尽管旅行者号只拍下了其中的2个。
当前最流行的关于这些环起源的理论是它们形成于离我们相对较近的时候,那时有一个大天体,比如说一个月亮,被困在天王星的重力场中,并最终在重力作用下分崩离析。
天王星的两个最大的月亮,娣坦妮亚(Titania)和欧伯龙(Oberon),都有长约1000英里(1600千米)的半径。在旅行者号计划前已知的天王星月亮中最小者为米兰达(Miranda),它的半径仅有约300英里(500千米),大约是月球尺寸的1/7。最新发现的月亮都比这5个已知的月亮大,它们的半径大小从考狄利娅(Cordelia)的16英里(26千米)到迫克(Puck)的96英里(154千米)不等。
旅行者号拍下的天王星月亮的照片留下了大量极具挑战性的数据有待天文学家们解决。这些月亮在某些方面似乎彼此相差甚远,因此留下了关于它们是如何产生的、又是如何在千百万年里衍化的一系列谜题。这些月亮似乎大部分组成是水冰(约50%)、岩石(约30%)、碳基或者氮基化合物(约20%)。其中没有一个有大气,但是它们都有令人惊异的、有时候甚至是与众不同的表面。例如最大的行星娣坦妮亚(Titania),拥有大面积的断层体系和峡谷地貌,显示出这里丰富的地质活动。这种特征常常揭示出某些至关重要的活动,在这些活动中,两部分表面互相碰撞,从而导致一些地方得以抬升,而在另一些地方却劈开了大裂缝。
从某些方面而言,米兰达是这些月亮中最有意思的一个。它拥有断层峡谷,有些甚至能从这个月亮表面深入12英里(20千米)。这个月亮表面也有一些阶梯状地形和新老地层的奇怪混合体。大型地貌特征(比如峡谷)尤其令人迷惑。因为它们暗示着这个月亮有一个炽热的内部地区,但是这个月亮却是如此渺小而寒冷,在这里
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