在古代人們就熟知五顆(ke)行星(xing)(xing)(xing)(xing)（水星(xing)(xing)(xing)(xing)、金星(xing)(xing)(xing)(xing)、火星(xing)(xing)(xing)(xing)、木星(xing)(xing)(xing)(xing)、土星(xing)(xing)(xing)(xing)），與它們相(xiang)比，天王星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)亮度也是肉(rou)眼可見的(de)。但天王星(xing)(xing)(xing)(xing)亮度較暗(an)、繞行速度緩慢，并且(qie)由于那時望(wang)遠(yuan)鏡觀(guan)測能(neng)力不足，被古代的(de)觀(guan)測者認(ren)定為(wei)是一(yi)顆(ke)恒星(xing)(xing)(xing)(xing)。天王星(xing)(xing)(xing)(xing)在被發現是行星(xing)(xing)(xing)(xing)之前，已經被觀(guan)測了(le)很多(duo)次，但都(dou)把它當作恒星(xing)(xing)(xing)(xing)看待。最(zui)早的(de)紀錄可以(yi)追溯(su)至1690年(nian)約翰(han)·佛蘭斯蒂德（John Flamsteed），在星(xing)(xing)(xing)(xing)表中將其編為(wei)金牛座34（34 Tauri），并且(qie)至少(shao)觀(guan)測了(le)6次。法國(guo)天文學家Pierre Charles Le Monnier在1750至1769年(nian)也至少(shao)觀(guan)測了(le)12次，包括一(yi)次連續四(si)夜的(de)觀(guan)測。
威廉·赫(he)歇爾在(zai)1781年3月(yue)13日(ri)(ri)于他(ta)(ta)(ta)位于英格蘭(lan)薩默塞特郡(jun)巴斯城(cheng)新國王(wang)街19號（現(xian)(xian)為赫(he)歇爾天文博物館）自(zi)宅(zhai)的(de)(de)(de)庭(ting)院(yuan)中(zhong)(zhong)觀(guan)察(cha)到這顆(ke)(ke)(ke)行(xing)星(xing)(xing)(xing)，但在(zai)1781年4月(yue)26日(ri)(ri)最(zui)早的(de)(de)(de)報告中(zhong)(zhong)他(ta)(ta)(ta)稱(cheng)之(zhi)為彗星(xing)(xing)(xing)。赫(he)歇爾用他(ta)(ta)(ta)自(zi)己設計的(de)(de)(de)望(wang)遠鏡“對這顆(ke)(ke)(ke)恒星(xing)(xing)(xing)做了一(yi)系列視差的(de)(de)(de)觀(guan)察(cha)”。他(ta)(ta)(ta)在(zai)他(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)學報上的(de)(de)(de)記(ji)錄著：“在(zai)與金牛(niu)座ζ成90°的(de)(de)(de)位置(zhi)……有一(yi)個星(xing)(xing)(xing)云樣的(de)(de)(de)恒星(xing)(xing)(xing)或(huo)者是(shi)(shi)一(yi)顆(ke)(ke)(ke)彗星(xing)(xing)(xing)。”在(zai)3月(yue)17日(ri)(ri)，他(ta)(ta)(ta)注記(ji)著：“我(wo)(wo)(wo)找到一(yi)顆(ke)(ke)(ke)彗星(xing)(xing)(xing)或(huo)星(xing)(xing)(xing)云狀(zhuang)的(de)(de)(de)星(xing)(xing)(xing)，并且由(you)他(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)位置(zhi)變化(hua)發現(xian)(xian)是(shi)(shi)一(yi)顆(ke)(ke)(ke)彗星(xing)(xing)(xing)。”當他(ta)(ta)(ta)將發現(xian)(xian)提(ti)交給皇家(jia)學會(hui)(hui)時(shi)，雖然(ran)含蓄的(de)(de)(de)認為比(bi)(bi)較(jiao)像行(xing)星(xing)(xing)(xing)，但仍然(ran)聲(sheng)稱(cheng)是(shi)(shi)發現(xian)(xian)了彗星(xing)(xing)(xing)：“當我(wo)(wo)(wo)首次(ci)看(kan)到這顆(ke)(ke)(ke)彗星(xing)(xing)(xing)時(shi)，我(wo)(wo)(wo)所使用的(de)(de)(de)光(guang)(guang)學倍率(lv)是(shi)(shi)227。從經驗(yan)中(zhong)(zhong)我(wo)(wo)(wo)知道(dao)，恒星(xing)(xing)(xing)直(zhi)徑不(bu)會(hui)(hui)隨(sui)光(guang)(guang)學倍率(lv)成比(bi)(bi)例放大，如(ru)行(xing)星(xing)(xing)(xing)那樣；因此我(wo)(wo)(wo)將倍率(lv)設成460與932，結果發現(xian)(xian)彗星(xing)(xing)(xing)直(zhi)徑隨(sui)光(guang)(guang)學倍率(lv)成比(bi)(bi)例放大，如(ru)同它(ta)應該在(zai)它(ta)不(bu)是(shi)(shi)顆(ke)(ke)(ke)恒星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)推測(ce)下，而我(wo)(wo)(wo)比(bi)(bi)較(jiao)過的(de)(de)(de)恒星(xing)(xing)(xing)直(zhi)徑不(bu)會(hui)(hui)以(yi)相同比(bi)(bi)率(lv)增加。更(geng)進一(yi)步說，被光(guang)(guang)學放大的(de)(de)(de)彗星(xing)(xing)(xing)已(yi)遠超過其(qi)光(guang)(guang)度所允許，它(ta)看(kan)來在(zai)強大倍率(lv)下朦朧且不(bu)清(qing)楚，而根據(ju)我(wo)(wo)(wo)幾千次(ci)觀(guan)測(ce)我(wo)(wo)(wo)知道(dao)（在(zai)這情(qing)況(kuang)下）這些恒星(xing)(xing)(xing)會(hui)(hui)保留其(qi)光(guang)(guang)澤與清(qing)晰(xi)。結果顯示我(wo)(wo)(wo)所臆測(ce)的(de)(de)(de)有充足根據(ju)，這證明是(shi)(shi)我(wo)(wo)(wo)們(men)最(zui)近觀(guan)察(cha)的(de)(de)(de)彗星(xing)(xing)(xing)。”
赫(he)歇(xie)爾(er)(er)將他的(de)(de)(de)(de)發(fa)現(xian)通知皇家(jia)天(tian)文(wen)學(xue)(xue)(xue)家(jia)內維爾(er)(er)·馬(ma)斯(si)基林(lin)(lin)（Nevil Maskelyne），4月23日收到(dao)(dao)信件的(de)(de)(de)(de)馬(ma)斯(si)基林(lin)(lin)語(yu)無倫次的(de)(de)(de)(de)回(hui)復(fu)說：“我不知該如何(he)稱呼它(ta)(ta)，它(ta)(ta)在(zai)接(jie)近(jin)(jin)圓(yuan)形(xing)的(de)(de)(de)(de)軌道上(shang)移(yi)(yi)動(dong)很(hen)像一顆(ke)行(xing)(xing)(xing)星(xing)(xing)，而(er)彗星(xing)(xing)是(shi)在(zai)很(hen)扁的(de)(de)(de)(de)橢圓(yuan)軌道上(shang)移(yi)(yi)動(dong)。我也(ye)沒(mei)有(you)看見彗發(fa)或彗尾。“當赫(he)歇(xie)爾(er)(er)繼續謹慎的(de)(de)(de)(de)以(yi)彗星(xing)(xing)描(miao)述他的(de)(de)(de)(de)新對象，其他的(de)(de)(de)(de)天(tian)文(wen)學(xue)(xue)(xue)家(jia)已經開始做(zuo)不同的(de)(de)(de)(de)懷(huai)疑。芬蘭-瑞典天(tian)文(wen)學(xue)(xue)(xue)家(jia)安德斯(si)·約(yue)(yue)翰(han)·萊克(ke)塞(sai)爾(er)(er)（Anders Johan Lexell）估計(ji)它(ta)(ta)至(zhi)太陽的(de)(de)(de)(de)距離(li)是(shi)地(di)球(qiu)至(zhi)太陽的(de)(de)(de)(de)18倍，而(er)沒(mei)有(you)彗星(xing)(xing)曾(ceng)在(zai)近(jin)(jin)日點四倍于地(di)球(qiu)至(zhi)太陽距離(li)之外被(bei)觀(guan)測到(dao)(dao)。柏林(lin)(lin)天(tian)文(wen)學(xue)(xue)(xue)家(jia)約(yue)(yue)翰(han)·波(bo)得(de)（Johann Elert Bode）描(miao)述赫(he)歇(xie)爾(er)(er)的(de)(de)(de)(de)發(fa)現(xian)像是(shi)“在(zai)土星(xing)(xing)軌道之外的(de)(de)(de)(de)圓(yuan)形(xing)軌道上(shang)移(yi)(yi)動(dong)的(de)(de)(de)(de)恒星(xing)(xing)，可以(yi)被(bei)視為迄(qi)今仍未知的(de)(de)(de)(de)像行(xing)(xing)(xing)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)天(tian)體(ti)”。波(bo)得(de)斷定這(zhe)個以(yi)圓(yuan)軌道運(yun)行(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)天(tian)體(ti)比(bi)彗星(xing)(xing)更像是(shi)一顆(ke)行(xing)(xing)(xing)星(xing)(xing)。這(zhe)個天(tian)體(ti)很(hen)快便被(bei)接(jie)受(shou)是(shi)一顆(ke)行(xing)(xing)(xing)星(xing)(xing)。在(zai)1783年(nian)，法國科學(xue)(xue)(xue)家(jia)皮埃爾(er)(er)-西蒙·拉普拉斯(si)（Pierre-Simon Laplace）證(zheng)實赫(he)歇(xie)爾(er)(er)發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)是(shi)一顆(ke)行(xing)(xing)(xing)星(xing)(xing)。赫(he)歇(xie)爾(er)(er)本人也(ye)向英國皇家(jia)學(xue)(xue)(xue)會的(de)(de)(de)(de)主(zhu)席(xi)約(yue)(yue)瑟夫(fu)·班(ban)克(ke)斯(si)（Joseph Banks）承認這(zhe)個事實：“經由歐洲最杰出的(de)(de)(de)(de)天(tian)文(wen)學(xue)(xue)(xue)家(jia)觀(guan)察(cha)，顯(xian)示這(zhe)顆(ke)新的(de)(de)(de)(de)星(xing)(xing)星(xing)(xing)，我很(hen)榮譽的(de)(de)(de)(de)在(zai)1781年(nian)3月指認出的(de)(de)(de)(de)，是(shi)太陽系內主(zhu)要的(de)(de)(de)(de)行(xing)(xing)(xing)星(xing)(xing)之一。”
為此(ci)，威廉·赫歇爾(er)被英國皇(huang)家(jia)學會授予科普利(li)獎章。英國國王喬治三世依據他的(de)成(cheng)就，給予赫歇爾(er)每年(nian)(nian)200英鎊(bang)的(de)年(nian)(nian)薪(xin)（相(xiang)當于2019年(nian)(nian)的(de)24000英鎊(bang)），并(bing)要求他移居至溫(wen)莎城(cheng)堡(bao)附近，好讓皇(huang)室(shi)家(jia)族成(cheng)員有(you)機會使用他的(de)望遠鏡觀星。
馬斯(si)(si)基(ji)林曾這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問赫歇爾：“幫天文學(xue)世(shi)(shi)界一個忙(mang)，為您的(de)(de)(de)(de)(de)(de)行星(xing)(xing)取個名字，這(zhe)也完全是(shi)(shi)為了您所愛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，并且也是(shi)(shi)我(wo)們(men)迫(po)切期(qi)望您為您的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)現所做(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。”回(hui)應馬基(ji)斯(si)(si)林的(de)(de)(de)(de)(de)(de)請求，赫歇爾決定命名為“喬(qiao)(qiao)治(zhi)(zhi)之星(xing)(xing)（Georgium Sidus或Georgian Planet）以紀(ji)念他(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)新贊助人——喬(qiao)(qiao)治(zhi)(zhi)三世(shi)(shi)。他(ta)在給約瑟夫·班克(ke)斯(si)(si)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)信件中解釋道：“在古老的(de)(de)(de)(de)(de)(de)神(shen)話蠻(man)荒世(shi)(shi)紀(ji)，我(wo)們(men)賦(fu)予行星(xing)(xing)名稱墨(mo)丘利（Mercury）、維納斯(si)(si)（Venus）、瑪爾斯(si)(si)（Mars）、朱庇特(te)（Jupiter）與(yu)薩圖恩（Saturn）以表(biao)(biao)(biao)彰當時(shi)(shi)最具分量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)英雄及神(shen)祇。在身處現今更為理性開化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)紀(ji)元，我(wo)們(men)將很(hen)難如法泡制將新發(fa)(fa)現的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天體稱為朱諾（Juno）、帕拉斯(si)(si)（Pallas）、阿波羅（Apollo）或密涅瓦（Minerva）。如果任何未來世(shi)(shi)紀(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天文學(xue)家問我(wo)：當這(zhe)個剛剛找到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)行星(xing)(xing)發(fa)(fa)現時(shi)(shi)，照您的(de)(de)(de)(de)(de)(de)年(nian)表(biao)(biao)(biao)有(you)沒有(you)任何特(te)別顯著的(de)(de)(de)(de)(de)(de)事件首先(xian)列入考慮表(biao)(biao)(biao)揚。我(wo)將會很(hen)滿意的(de)(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)答：‘在喬(qiao)(qiao)治(zhi)(zhi)三世(shi)(shi)（四海升平）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)統治(zhi)(zhi)下’。“
八大行星(xing)中僅(jin)有天(tian)王星(xing)的(de)(de)英文(wen)名(ming)稱(cheng)(cheng)Uranus取自(zi)希(xi)臘(la)神(shen)話而非羅馬神(shen)話。希(xi)臘(la)神(shen)話中的(de)(de)天(tian)空之神(shen)烏拉諾斯（Uranus），是農神(shen)克洛諾斯（Cronus）的(de)(de)父(fu)親，眾神(shen)之王宙斯（Zeus）的(de)(de)祖(zu)父(fu)，這三代主神(shen)分別相當于羅馬神(shen)話中的(de)(de)凱路斯（Caelus，未被天(tian)體使用），薩圖恩(en)（Saturn，土星(xing)的(de)(de)名(ming)稱(cheng)(cheng)），朱庇特（Jupiter，木星(xing)的(de)(de)名(ming)稱(cheng)(cheng)）。
法(fa)國(guo)天文學(xue)家杰羅姆·拉蘭德（Jer?me Lalande）曾建(jian)議將這顆行星稱為赫歇爾(er)(er)以尊崇(chong)它的(de)(de)(de)發現(xian)者。但是(shi)(shi)，德國(guo)天文學(xue)家約翰·波(bo)得(de)（Johann Elert Bode）贊成用(yong)希臘神話中(zhong)的(de)(de)(de)Uranus命名(ming)。波(bo)得(de)的(de)(de)(de)觀(guan)點(dian)是(shi)(shi)克(ke)洛(luo)諾(nuo)斯是(shi)(shi)宙(zhou)斯的(de)(de)(de)父親(qin)（薩圖恩是(shi)(shi)朱庇特(te)的(de)(de)(de)父親(qin)），新的(de)(de)(de)行星則應該取名(ming)為克(ke)洛(luo)諾(nuo)斯的(de)(de)(de)父親(qin)——烏拉諾(nuo)斯。Uranus的(de)(de)(de)名(ming)稱最早是(shi)(shi)在(zai)赫歇爾(er)(er)過世一(yi)年之后的(de)(de)(de)1823年才出(chu)現(xian)于官(guan)方文件中(zhong)。喬治(zhi)三世或“喬治(zhi)之星”的(de)(de)(de)名(ming)稱在(zai)之后仍(reng)經常被使(shi)用(yong)（只在(zai)英國(guo)使(shi)用(yong)），直到1850年，英國(guo)航(hang)海星歷局才換用(yong)Uranus的(de)(de)(de)名(ming)稱。之后，Uranus便(bian)成為普遍接受的(de)(de)(de)名(ming)字。
天王星的(de)(de)(de)形容詞（Uranian）被鈾的(de)(de)(de)發(fa)現(xian)(xian)者Martin Klaproth用(yong)來(lai)命名在(zai)(zai)1789年新發(fa)現(xian)(xian)的(de)(de)(de)元素。Uranus的(de)(de)(de)重(zhong)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)在(zai)(zai)第(di)一個(ge)(ge)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)節，因為(wei)倒數第(di)二(er)個(ge)(ge)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)a是短音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)（ūr?n?s）并(bing)且是開放(fang)的(de)(de)(de)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)節。這樣的(de)(de)(de)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)節在(zai)(zai)拉丁文中(zhong)從未被強調(diao)過(guo)，因此在(zai)(zai)傳(chuan)統(tong)上(shang)名字的(de)(de)(de)正確發(fa)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)是來(lai)自英語的(de)(de)(de)[?j?.r?.n?s]。傳(chuan)統(tong)上(shang)不正確的(de)(de)(de)發(fa)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)，重(zhong)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)落(luo)在(zai)(zai)第(di)二(er)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)節并(bing)且將a發(fa)成長(chang)音(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)是很普通(tong)的(de)(de)(de)。
天(tian)(tian)(tian)(tian)王(wang)星(xing)的(de)(de)天(tian)(tian)(tian)(tian)文(wen)學符(fu)號(hao)是?，綜合(he)了火星(xing)和(he)太陽符(fu)號(hao)，因(yin)為(wei)天(tian)(tian)(tian)(tian)王(wang)星(xing)是希臘神(shen)(shen)話的(de)(de)天(tian)(tian)(tian)(tian)空之(zhi)神(shen)(shen)，被(bei)認為(wei)是由太陽和(he)火星(xing)聯(lian)合(he)的(de)(de)力量所(suo)控(kong)制(zhi)的(de)(de)。天(tian)(tian)(tian)(tian)王(wang)星(xing)在(zai)(zai)占星(xing)學上(shang)的(de)(de)符(fu)號(hao)?，是拉(la)蘭德在(zai)(zai)1784年(nian)建議的(de)(de)。在(zai)(zai)給赫(he)歇(xie)爾的(de)(de)一封(feng)信中(zhong)，拉(la)蘭德描(miao)述道“地球符(fu)號(hao)的(de)(de)上(shang)方放(fang)置著(zhu)(zhu)您姓氏的(de)(de)首字母”（"un globe surmonté par la première lettre de votre nom"）。1859年(nian)，清代(dai)天(tian)(tian)(tian)(tian)文(wen)學家(jia)李(li)善蘭在(zai)(zai)翻(fan)譯約(yue)翰(han)·赫(he)歇(xie)爾所(suo)著(zhu)(zhu)的(de)(de)《天(tian)(tian)(tian)(tian)文(wen)學綱要》的(de)(de)譯著(zhu)(zhu)《談天(tian)(tian)(tian)(tian)》中(zhong)，分別(bie)將Uranus與Neptune意譯為(wei)天(tian)(tian)(tian)(tian)王(wang)星(xing)、海王(wang)星(xing)，此(ci)后廣泛在(zai)(zai)中(zhong)國、日本、韓(han)國和(he)越南等亞(ya)洲國家(jia)使用。
天王星(xing)每84個地(di)球年(nian)環繞太陽公轉一(yi)(yi)周，與太陽的(de)(de)(de)平(ping)均距離(li)大(da)約(yue)30億公里(li)，陽光的(de)(de)(de)強(qiang)度只有地(di)球的(de)(de)(de)1/400。天王星(xing)的(de)(de)(de)軌道參數在1783年(nian)首度被(bei)拉普拉斯(si)計算出(chu)來，但隨著時間，預測和(he)觀測的(de)(de)(de)位置(zhi)開始出(chu)現誤(wu)差。在1841年(nian)，英國天文學(xue)家(jia)約(yue)翰·柯西·亞當斯(si)（John Couch Adams）首先提(ti)出(chu)誤(wu)差也(ye)許可以(yi)(yi)歸結(jie)于一(yi)(yi)顆(ke)尚未被(bei)看見的(de)(de)(de)行(xing)星(xing)的(de)(de)(de)擾(rao)動。在1845年(nian)，法(fa)國天文教師(shi)勒(le)維耶(ye)(ye)（Urbain Le Verrier）開始獨立的(de)(de)(de)進行(xing)天王星(xing)軌道的(de)(de)(de)研究，在1846年(nian)9月23日，德國天文學(xue)家(jia)約(yue)翰·格(ge)弗里(li)恩·伽勒(le)（Johann Gottfried Galle）在勒(le)維耶(ye)(ye)預測位置(zhi)的(de)(de)(de)附近發現了一(yi)(yi)顆(ke)新行(xing)星(xing)，稍后(hou)被(bei)命名為海王星(xing)。天王星(xing)內部(bu)的(de)(de)(de)自轉周期是(shi)17小時又14分，但和(he)所有巨行(xing)星(xing)一(yi)(yi)樣，天王星(xing)上(shang)(shang)部(bu)的(de)(de)(de)大(da)氣層朝自轉的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)可以(yi)(yi)體驗(yan)到非(fei)常(chang)強(qiang)的(de)(de)(de)風(feng)。實(shi)際上(shang)(shang)，在有些緯度，像是(shi)從(cong)赤(chi)道到南極的(de)(de)(de)2/3緯度上(shang)(shang)，可以(yi)(yi)看見移動得非(fei)常(chang)迅速的(de)(de)(de)大(da)氣，只要14個小時就能(neng)完(wan)整的(de)(de)(de)環繞行(xing)星(xing)自轉一(yi)(yi)周。
從1995至(zhi)2006年，天(tian)(tian)王星(xing)(xing)的(de)(de)(de)視(shi)星(xing)(xing)等在+5.6至(zhi)+5.9等之(zhi)間，勉強在肉眼可見(jian)的(de)(de)(de)+6.0等之(zhi)上，它的(de)(de)(de)角(jiao)直(zhi)徑(jing)在3.4至(zhi)3.7弧(hu)(hu)秒；比較(jiao)土星(xing)(xing)是16至(zhi)20弧(hu)(hu)秒，木星(xing)(xing)則是32至(zhi)45弧(hu)(hu)秒。在沖的(de)(de)(de)時候，天(tian)(tian)王星(xing)(xing)可以用(yong)肉眼在黑暗(an)、無(wu)光污染的(de)(de)(de)天(tian)(tian)空直(zhi)接看見(jian)，即使(shi)(shi)在城市中也能輕易的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)雙筒望(wang)遠鏡(jing)看見(jian)。使(shi)(shi)用(yong)物(wu)鏡(jing)的(de)(de)(de)口徑(jing)在15至(zhi)25厘米的(de)(de)(de)大(da)型業余(yu)天(tian)(tian)文望(wang)遠鏡(jing)，天(tian)(tian)王星(xing)(xing)將呈現蒼(cang)白(bai)的(de)(de)(de)深藍色盤狀與明(ming)顯的(de)(de)(de)周(zhou)邊昏暗(an)；口徑(jing)25厘米或更大(da)的(de)(de)(de)，云的(de)(de)(de)型態(tai)和一(yi)些(xie)大(da)的(de)(de)(de)衛(wei)星(xing)(xing)，像是天(tian)(tian)衛(wei)三(san)和天(tian)(tian)衛(wei)四(si)，都有可能看見(jian)。
天(tian)(tian)王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)自(zi)轉(zhuan)軸可(ke)以(yi)說是(shi)(shi)躺(tang)在軌道(dao)平(ping)面(mian)上的(de)(de)(de)，傾斜的(de)(de)(de)角度高達97.77°，這使得它的(de)(de)(de)季節變(bian)化完(wan)全不同(tong)于(yu)其(qi)(qi)他的(de)(de)(de)行(xing)星(xing)。其(qi)(qi)它行(xing)星(xing)的(de)(de)(de)自(zi)轉(zhuan)軸相對于(yu)太陽(yang)(yang)(yang)系(xi)的(de)(de)(de)軌道(dao)平(ping)面(mian)都是(shi)(shi)朝上的(de)(de)(de)，天(tian)(tian)王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)轉(zhuan)動(dong)則像球一(yi)樣側著(zhu)(zhu)滾(gun)動(dong)。當天(tian)(tian)王(wang)星(xing)在至日前(qian)后時(shi)，一(yi)個(ge)極(ji)點(dian)會持續的(de)(de)(de)指(zhi)向太陽(yang)(yang)(yang)，另(ling)(ling)一(yi)個(ge)極(ji)點(dian)則背向太陽(yang)(yang)(yang)。只(zhi)有(you)(you)在赤道(dao)附近狹(xia)窄的(de)(de)(de)區(qu)(qu)域(yu)內可(ke)以(yi)體會到迅速的(de)(de)(de)日夜(ye)(ye)交替(ti)(ti)，但太陽(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)位置非(fei)常的(de)(de)(de)低，有(you)(you)如(ru)在地球的(de)(de)(de)極(ji)區(qu)(qu)；其(qi)(qi)余地區(qu)(qu)則是(shi)(shi)長晝(zhou)(zhou)或長夜(ye)(ye)，沒有(you)(you)日夜(ye)(ye)交替(ti)(ti)。運行(xing)到軌道(dao)的(de)(de)(de)另(ling)(ling)一(yi)側時(shi)，換成軸的(de)(de)(de)另(ling)(ling)一(yi)極(ji)指(zhi)向太陽(yang)(yang)(yang)；每(mei)一(yi)個(ge)極(ji)都會有(you)(you)被太陽(yang)(yang)(yang)持續的(de)(de)(de)照射(she)42年(nian)的(de)(de)(de)極(ji)晝(zhou)(zhou)，而在另(ling)(ling)外42年(nian)則處(chu)于(yu)極(ji)夜(ye)(ye)。在接近晝(zhou)(zhou)夜(ye)(ye)平(ping)分點(dian)（分點(dian)）時(shi)，太陽(yang)(yang)(yang)正(zheng)對著(zhu)(zhu)天(tian)(tian)王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)赤道(dao)，天(tian)(tian)王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)日夜(ye)(ye)交替(ti)(ti)會和其(qi)(qi)他的(de)(de)(de)行(xing)星(xing)相似，在2007年(nian)12月7日，天(tian)(tian)王(wang)星(xing)經過(guo)分點(dian)。
天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)主(zhu)(zhu)要是(shi)(shi)由巖石與(yu)(yu)各種成(cheng)分(fen)(fen)不(bu)同的(de)(de)(de)水冰物質(zhi)(zhi)所組成(cheng)，其(qi)(qi)組成(cheng)主(zhu)(zhu)要元素為氫（83%），其(qi)(qi)次為氦(hai)（15%）。在(zai)許多方面天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)（海王(wang)星(xing)(xing)(xing)也是(shi)(shi)）與(yu)(yu)大部(bu)(bu)分(fen)(fen)都是(shi)(shi)氣(qi)態(tai)氫組成(cheng)的(de)(de)(de)木(mu)(mu)星(xing)(xing)(xing)與(yu)(yu)土星(xing)(xing)(xing)不(bu)同，其(qi)(qi)性質(zhi)(zhi)比較接近木(mu)(mu)星(xing)(xing)(xing)與(yu)(yu)土星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)地核部(bu)(bu)分(fen)(fen)，而沒(mei)有類木(mu)(mu)行星(xing)(xing)(xing)包圍(wei)在(zai)外的(de)(de)(de)巨大液(ye)態(tai)氣(qi)體表面（主(zhu)(zhu)要是(shi)(shi)由金(jin)屬(shu)氫化(hua)合物氣(qi)體受重(zhong)力(li)液(ye)化(hua)形(xing)成(cheng)）。天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)并沒(mei)有土星(xing)(xing)(xing)與(yu)(yu)木(mu)(mu)星(xing)(xing)(xing)那樣(yang)的(de)(de)(de)巖石內(nei)核，它的(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)成(cheng)分(fen)(fen)是(shi)(shi)以一種比較平均的(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)分(fen)(fen)布在(zai)整個(ge)地殼之內(nei)。直接以肉(rou)眼觀察，天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)表面呈現洋藍色，這是(shi)(shi)因(yin)為它的(de)(de)(de)甲烷大氣(qi)吸收(shou)了大部(bu)(bu)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)紅色光譜所導致。
天(tian)王星(xing)(xing)(xing)主要是(shi)(shi)(shi)由巖石與(yu)各種成(cheng)(cheng)分(fen)不(bu)同(tong)(tong)的(de)水冰物質(zhi)所(suo)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)，其組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)主要元素為氫（83%），其次為氦(hai)(hai)（15%）。在許多方面(mian)天(tian)王星(xing)(xing)(xing)（海王星(xing)(xing)(xing)也(ye)是(shi)(shi)(shi)）與(yu)大(da)部(bu)分(fen)都(dou)是(shi)(shi)(shi)氣態氫組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)的(de)木星(xing)(xing)(xing)與(yu)土(tu)星(xing)(xing)(xing)不(bu)同(tong)(tong)，其性(xing)質(zhi)比(bi)較接近木星(xing)(xing)(xing)與(yu)土(tu)星(xing)(xing)(xing)的(de)地(di)(di)核部(bu)分(fen)，而沒有類木行(xing)星(xing)(xing)(xing)包圍在外的(de)巨大(da)液態氣體(ti)表面(mian)（主要是(shi)(shi)(shi)由金屬氫化合物氣體(ti)受重力液化形成(cheng)(cheng)）。天(tian)王星(xing)(xing)(xing)的(de)質(zhi)量大(da)約(yue)是(shi)(shi)(shi)地(di)(di)球(qiu)(qiu)的(de)14.5倍，是(shi)(shi)(shi)類木行(xing)星(xing)(xing)(xing)中(zhong)(zhong)質(zhi)量最小(xiao)的(de)。它的(de)密度(du)是(shi)(shi)(shi)1.29公克/厘(li)米3只比(bi)土(tu)星(xing)(xing)(xing)高一些，直徑雖然與(yu)海王星(xing)(xing)(xing)相似（大(da)約(yue)是(shi)(shi)(shi)地(di)(di)球(qiu)(qiu)的(de)4倍），但(dan)質(zhi)量較低(di)。這些數值顯示天(tian)王星(xing)(xing)(xing)主要由各種各樣揮發性(xing)物質(zhi)，例如水、氨和甲烷組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)。天(tian)王星(xing)(xing)(xing)內部(bu)冰的(de)總含(han)量還不(bu)能精確的(de)知道，根(gen)據選擇(ze)的(de)模型不(bu)同(tong)(tong)有不(bu)同(tong)(tong)的(de)含(han)量，但(dan)是(shi)(shi)(shi)總在地(di)(di)球(qiu)(qiu)質(zhi)量的(de)9.3至(zhi)(zhi)13.5倍之間。氫和氦(hai)(hai)在全體(ti)中(zhong)(zhong)只占(zhan)很小(xiao)的(de)部(bu)分(fen)，大(da)約(yue)在0.5至(zhi)(zhi)1.5地(di)(di)球(qiu)(qiu)質(zhi)量。剩(sheng)余的(de)質(zhi)量（0.5至(zhi)(zhi)3.7地(di)(di)球(qiu)(qiu)質(zhi)量）才是(shi)(shi)(shi)巖石物質(zhi)。
天(tian)王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)標(biao)準模型結(jie)構包括(kuo)三個(ge)層(ceng)面：在中心是(shi)(shi)巖石的(de)(de)(de)(de)(de)核(he)，中間是(shi)(shi)冰(bing)的(de)(de)(de)(de)(de)地幔(man)(man)，最(zui)外面是(shi)(shi)氫(qing)/氦組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)外殼。相(xiang)較之下核(he)非常的(de)(de)(de)(de)(de)小(xiao)，只有(you)(you)(you)(you)0.55地球(qiu)質量(liang)，半徑不(bu)(bu)到天(tian)王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)20%；地幔(man)(man)則是(shi)(shi)個(ge)龐(pang)然大(da)物，質量(liang)大(da)約(yue)是(shi)(shi)地球(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)13.4倍；而最(zui)外層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)氣層(ceng)則相(xiang)對上(shang)是(shi)(shi)不(bu)(bu)明確的(de)(de)(de)(de)(de)，大(da)約(yue)擴展占有(you)(you)(you)(you)剩(sheng)余20%的(de)(de)(de)(de)(de)半徑，但質量(liang)大(da)約(yue)只有(you)(you)(you)(you)地球(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)0.5倍。天(tian)王(wang)星(xing)核(he)的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)度(du)大(da)約(yue)是(shi)(shi)9g/cm3，在核(he)和(he)(he)(he)地幔(man)(man)交界(jie)處的(de)(de)(de)(de)(de)壓力是(shi)(shi)800萬巴和(he)(he)(he)大(da)約(yue)5000K的(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)。冰(bing)地幔(man)(man)實際上(shang)并不(bu)(bu)是(shi)(shi)由一般意義上(shang)所謂的(de)(de)(de)(de)(de)冰(bing)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)，而是(shi)(shi)由水、氨和(he)(he)(he)其他(ta)揮發(fa)性物質組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)熱且稠密(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)體。這(zhe)些流(liu)體有(you)(you)(you)(you)高導電性，有(you)(you)(you)(you)時被稱為(wei)水–氨的(de)(de)(de)(de)(de)海洋。天(tian)王(wang)星(xing)和(he)(he)(he)海王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)塊結(jie)構與木星(xing)和(he)(he)(he)土星(xing)相(xiang)當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同，冰(bing)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)多于氣體，因此(ci)有(you)(you)(you)(you)理由將她們分(fen)開另成(cheng)(cheng)(cheng)一類(lei)為(wei)冰(bing)巨星(xing)。
上面(mian)(mian)(mian)(mian)所(suo)考慮(lv)的(de)(de)(de)模型(xing)或(huo)(huo)多(duo)或(huo)(huo)少(shao)都是標準的(de)(de)(de)，但是其他的(de)(de)(de)模型(xing)也能滿足(zu)觀測的(de)(de)(de)結果。例如，如果大(da)量(liang)的(de)(de)(de)氫(qing)和(he)巖石混合在地幔中，則冰的(de)(de)(de)總(zong)量(liang)就會減少(shao)，并且相對(dui)的(de)(de)(de)巖石和(he)氫(qing)的(de)(de)(de)總(zong)量(liang)就會提高(gao)；可利(li)用的(de)(de)(de)數據(ju)還不足(zu)以讓我(wo)門確認哪一種模型(xing)才是正確的(de)(de)(de)。天(tian)王星內(nei)(nei)部的(de)(de)(de)流體(ti)結構意味著沒有(you)固體(ti)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)，氣體(ti)的(de)(de)(de)大(da)氣層是逐漸(jian)轉變成(cheng)內(nei)(nei)部的(de)(de)(de)液體(ti)層內(nei)(nei)。但是，為便(bian)于(yu)扁球(qiu)體(ti)的(de)(de)(de)轉動，在大(da)氣壓力達到1巴之處(chu)被定義和(he)考慮(lv)為行星的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)時，天(tian)王星赤道半(ban)徑(jing)和(he)極(ji)半(ban)徑(jing)分(fen)別是25559±4和(he)24973±20公(gong)里(li)。這樣的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)將作為這篇文章中高(gao)度的(de)(de)(de)零點(dian)。
天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)內(nei)(nei)熱(re)(re)看上(shang)去明(ming)顯的(de)(de)(de)比其他的(de)(de)(de)類木行星(xing)(xing)為(wei)低(di)，在(zai)天(tian)文的(de)(de)(de)項目中，它是(shi)(shi)(shi)低(di)熱(re)(re)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)。仍(reng)不了解(jie)天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)內(nei)(nei)部的(de)(de)(de)溫度(du)為(wei)何會如此低(di)，大(da)小和成(cheng)(cheng)分(fen)與天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)像是(shi)(shi)(shi)雙胞胎的(de)(de)(de)海王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)，放(fang)出(chu)(chu)(chu)至太空中的(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)(liang)是(shi)(shi)(shi)得自太陽的(de)(de)(de)2.61倍(bei)；相反的(de)(de)(de)，天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)幾(ji)乎(hu)沒有(you)多出(chu)(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)(liang)被放(fang)出(chu)(chu)(chu)。天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)在(zai)遠紅外(wai)（也(ye)就是(shi)(shi)(shi)熱(re)(re)輻(fu)射）的(de)(de)(de)部分(fen)釋(shi)出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)總能量(liang)(liang)(liang)是(shi)(shi)(shi)大(da)氣層吸收自太陽能量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)1.06±0.08倍(bei)。事實上(shang)，天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)熱(re)(re)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)只(zhi)有(you)0.042±0.047w/m2，遠低(di)于地球內(nei)(nei)的(de)(de)(de)熱(re)(re)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)0.075w/m2。天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)對流(liu)(liu)層頂的(de)(de)(de)溫度(du)最低(di)溫度(du)紀錄只(zhi)有(you)49K，使天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)成(cheng)(cheng)為(wei)太陽系溫度(du)最低(di)的(de)(de)(de)行星(xing)(xing)，比海王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)還要(yao)冷。在(zai)天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)被超重質量(liang)(liang)(liang)天(tian)體撞擊(ji)而造成(cheng)(cheng)自轉軸極度(du)傾斜的(de)(de)(de)撞擊(ji)假說中，也(ye)包(bao)含了內(nei)(nei)熱(re)(re)的(de)(de)(de)流(liu)(liu)失，因此留給天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)一(yi)(yi)個內(nei)(nei)熱(re)(re)被耗盡(jin)的(de)(de)(de)核心溫度(du)。另一(yi)(yi)種假說認為(wei)在(zai)天(tian)王(wang)(wang)(wang)(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)內(nei)(nei)部上(shang)層有(you)阻止內(nei)(nei)熱(re)(re)傳達到表面的(de)(de)(de)障礙層存在(zai)，例如，對流(liu)(liu)也(ye)許(xu)僅(jin)發生在(zai)一(yi)(yi)組不同(tong)的(de)(de)(de)結構(gou)之間，也(ye)許(xu)禁(jin)止熱(re)(re)能向上(shang)傳遞(di)。
根據旅行者2號的(de)(de)探測(ce)結果，科學家推測(ce)天(tian)王星上可能(neng)有一(yi)個深度(du)(du)達10000公(gong)里、溫(wen)度(du)(du)高(gao)達6650℃，由(you)水、硅(gui)、鎂、含氮(dan)分子(zi)、碳氫(qing)化合(he)物及(ji)離子(zi)化物質組成的(de)(de)液態(tai)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)。由(you)于天(tian)王星上巨(ju)大(da)而沉重的(de)(de)大(da)氣壓(ya)力，令分子(zi)緊靠在(zai)一(yi)起，使得這(zhe)高(gao)溫(wen)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)未能(neng)沸騰及(ji)蒸發。反過(guo)來，正由(you)于海(hai)(hai)洋(yang)(yang)的(de)(de)高(gao)溫(wen)，恰好(hao)阻擋了(le)高(gao)壓(ya)的(de)(de)大(da)氣將海(hai)(hai)洋(yang)(yang)壓(ya)成固態(tai)。海(hai)(hai)洋(yang)(yang)從天(tian)王星高(gao)溫(wen)的(de)(de)內核（高(gao)達6650攝氏度(du)(du)）一(yi)直(zhi)延伸到大(da)氣層的(de)(de)底部(bu)，覆蓋(gai)整(zheng)個天(tian)王星。必須強調的(de)(de)是，這(zhe)種海(hai)(hai)洋(yang)(yang)與我們所理(li)解(jie)的(de)(de)、地球上的(de)(de)海(hai)(hai)洋(yang)(yang)完全不(bu)同。也有觀點認為，天(tian)王星上并不(bu)存在(zai)這(zhe)種海(hai)(hai)洋(yang)(yang)。
據2015年(nian)英國(guo)《每日郵報》報道，科學家(jia)們(men)在(zai)(zai)海(hai)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)和天王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)研究方(fang)面(mian)取得進展，海(hai)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)和天王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)或覆蓋(gai)有大(da)片液(ye)態(tai)鉆(zhan)石(shi)海(hai)，海(hai)面(mian)上(shang)還漂浮著類似于冰(bing)山的、體積龐大(da)的固體鉆(zhan)石(shi)。在(zai)(zai)進行了一(yi)系列實驗(yan)之(zhi)后(hou)，科學家(jia)得出(chu)上(shang)述結(jie)論，并認為(wei)這(zhe)一(yi)發現可能有助(zhu)于解(jie)釋(shi)這(zhe)兩個(ge)(ge)星(xing)(xing)(xing)(xing)球(qiu)的一(yi)些(xie)奇(qi)怪特(te)性。在(zai)(zai)其中(zhong)一(yi)項實驗(yan)中(zhong)，研究人員把(ba)鉆(zhan)石(shi)放在(zai)(zai)與海(hai)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)上(shang)一(yi)樣(yang)的高(gao)溫高(gao)壓環境之(zhi)下，檢測(ce)鉆(zhan)石(shi)的變(bian)(bian)化。海(hai)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)的壓力為(wei)地球(qiu)零(ling)海(hai)拔(ba)的1100萬倍(bei)(bei)，溫度為(wei)5萬攝氏(shi)度。實驗(yan)結(jie)果顯(xian)示，在(zai)(zai)壓力提(ti)高(gao)至(zhi)零(ling)海(hai)拔(ba)1100萬倍(bei)(bei)時，鉆(zhan)石(shi)變(bian)(bian)成(cheng)液(ye)態(tai)；之(zhi)后(hou)再(zai)把(ba)溫度提(ti)高(gao)至(zhi)5萬攝氏(shi)度后(hou)，部分液(ye)態(tai)鉆(zhan)石(shi)會再(zai)次變(bian)(bian)成(cheng)固體。但奇(qi)怪的是(shi)(shi)，這(zhe)些(xie)固態(tai)鉆(zhan)石(shi)會漂浮在(zai)(zai)液(ye)態(tai)鉆(zhan)石(shi)之(zhi)上(shang)，就像是(shi)(shi)“鉆(zhan)石(shi)冰(bing)山”一(yi)樣(yang)。科學家(jia)們(men)認為(wei)，鉆(zhan)石(shi)海(hai)洋的說(shuo)法解(jie)釋(shi)了海(hai)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)和天王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)磁極傾斜(xie)之(zhi)謎，這(zhe)兩個(ge)(ge)星(xing)(xing)(xing)(xing)球(qiu)的磁極偏離地理極60度左右(you)。此外，這(zhe)也(ye)解(jie)釋(shi)了為(wei)什么海(hai)王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)和天王(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)10%的表面(mian)成(cheng)分為(wei)碳(tan)元素。
在旅行(xing)者2號抵(di)達(da)之后，天(tian)王(wang)(wang)星的磁(ci)層從未被(bei)測量(liang)過，因(yin)此很自然的還保(bao)持著(zhu)神(shen)秘。在1986年之前，因(yin)為(wei)天(tian)王(wang)(wang)星的自轉(zhuan)軸就躺在黃道(dao)上(shang)，天(tian)文(wen)學家盼望能根據太(tai)陽風(feng)測量(liang)到天(tian)王(wang)(wang)星的磁(ci)場。
旅行(xing)者(zhe)2號的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀測顯示(shi)天(tian)王星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)場(chang)是奇特(te)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，一(yi)(yi)是他(ta)不在(zai)行(xing)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)幾何中心，再者(zhe)他(ta)相對(dui)于(yu)自轉軸傾斜59°。事實上(shang)，磁(ci)極從行(xing)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)中心偏離往南(nan)極達(da)到行(xing)星(xing)半(ban)(ban)徑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/3。這(zhe)異常的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)幾何關系導致一(yi)(yi)個(ge)非常不對(dui)稱(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)層，在(zai)南(nan)半(ban)(ban)球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面，磁(ci)場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度低于(yu)0.1高(gao)(gao)斯(si)，而(er)在(zai)北半(ban)(ban)球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度高(gao)(gao)達(da)1.1高(gao)(gao)斯(si)；在(zai)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平均(jun)強(qiang)(qiang)(qiang)度是0.23高(gao)(gao)斯(si)。與地球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)場(chang)比較(jiao)，兩極的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)場(chang)強(qiang)(qiang)(qiang)度大約是相等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，并且“磁(ci)赤道”大致上(shang)也與物理(li)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)赤道平行(xing)，天(tian)王星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)偶極矩是地球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)50倍。
海王(wang)星(xing)(xing)也(ye)有(you)一(yi)個相(xiang)似的(de)(de)(de)(de)(de)偏移和傾斜的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)場，因此有(you)人認為這(zhe)是(shi)冰巨(ju)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)共同特點(dian)。一(yi)種(zhong)假說認為，不同于類地行星(xing)(xing)和氣(qi)體巨(ju)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)場是(shi)由(you)核心(xin)內部引(yin)發的(de)(de)(de)(de)(de)，冰巨(ju)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)場是(shi)由(you)相(xiang)對于表(biao)面下某一(yi)深度的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)動引(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)，例如水(shui)–氨的(de)(de)(de)(de)(de)海洋。盡管有(you)這(zhe)樣(yang)奇(qi)特的(de)(de)(de)(de)(de)準線，天(tian)王(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)層在(zai)其他方(fang)面與一(yi)般的(de)(de)(de)(de)(de)行星(xing)(xing)相(xiang)似：在(zai)他的(de)(de)(de)(de)(de)前(qian)方(fang)，位于23個天(tian)王(wang)星(xing)(xing)半徑之處有(you)弓(gong)形震波(bo)，磁(ci)(ci)(ci)層頂在(zai)18個天(tian)王(wang)星(xing)(xing)半徑處，充分發展(zhan)完(wan)整的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)尾和輻射帶。綜上所(suo)論，天(tian)王(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)層結構(gou)不同于木星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)，而比較(jiao)像土星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)。天(tian)王(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)尾在(zai)天(tian)王(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)后方(fang)延伸至太空中遠(yuan)達數(shu)百萬公里，并且因為行星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)自轉被扭(niu)曲而斜向一(yi)側，像是(shi)拔瓶塞的(de)(de)(de)(de)(de)長螺旋桿(gan)。
天王(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁(ci)(ci)層(ceng)包含(han)帶電(dian)(dian)粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)：質子(zi)(zi)(zi)和(he)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)，還有少(shao)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)H2+離(li)子(zi)(zi)(zi)，未(wei)曾偵(zhen)測(ce)到(dao)重(zhong)離(li)子(zi)(zi)(zi)。許多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這些微(wei)粒(li)(li)可能(neng)來自大氣層(ceng)熱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)暈(yun)內。離(li)子(zi)(zi)(zi)和(he)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量分別(bie)可以(yi)高達4和(he)1.2百萬(wan)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏(fu)特(te)。在磁(ci)(ci)層(ceng)內側的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)能(neng)量（低(di)于100電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏(fu)特(te)）離(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)度(du)(du)大約是(shi)2厘米-3。微(wei)粒(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分布(bu)受到(dao)天王(wang)(wang)星(xing)(xing)衛(wei)星(xing)(xing)強(qiang)烈(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響，在衛(wei)星(xing)(xing)經過之后，磁(ci)(ci)層(ceng)內會留下值(zhi)得注意(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)隙。微(wei)粒(li)(li)流量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)在10萬(wan)年(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)天文學時間尺度(du)(du)下，足(zu)(zu)以(yi)造成(cheng)衛(wei)星(xing)(xing)表(biao)面變暗或是(shi)太(tai)空(kong)風暴。這或許就是(shi)造成(cheng)衛(wei)星(xing)(xing)表(biao)面和(he)環均勻一(yi)致暗淡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)因。在天王(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩個磁(ci)(ci)極(ji)附(fu)近(jin)，有相對(dui)算是(shi)高度(du)(du)發(fa)達的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)光(guang)，在磁(ci)(ci)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)附(fu)近(jin)形成(cheng)明亮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)弧。但是(shi)，不同(tong)于木(mu)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，天王(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)光(guang)對(dui)增溫層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量平衡似乎是(shi)無足(zu)(zu)輕重(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。
與(yu)其它(ta)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)巨星(xing)，甚至(zhi)(zhi)是與(yu)相似的(de)(de)(de)(de)海王星(xing)比較，天王星(xing)的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)是非常平靜的(de)(de)(de)(de)。當(dang)旅行者(zhe)2號在1986年飛掠(lve)過(guo)天王星(xing)時，總(zong)共觀察(cha)到了10個(ge)橫跨過(guo)整個(ge)行星(xing)的(de)(de)(de)(de)云(yun)帶(dai)特征。有(you)人提出解釋(shi)認為(wei)這種特征是天王星(xing)的(de)(de)(de)(de)內熱低(di)于其他巨大(da)(da)行星(xing)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果。在天王星(xing)記錄到的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)(zui)低(di)溫度(du)是49K，比海王星(xing)還(huan)要冷，使天王星(xing)成(cheng)為(wei)太陽系溫度(du)最(zui)(zui)(zui)低(di)的(de)(de)(de)(de)行星(xing)。雖然在天王星(xing)的(de)(de)(de)(de)內部沒有(you)明確的(de)(de)(de)(de)固(gu)體(ti)表面，天王星(xing)最(zui)(zui)(zui)外面的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)包殼，也就是被稱為(wei)大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)部分，卻(que)很容易以遙傳感量。遙傳感量的(de)(de)(de)(de)能力(li)可(ke)以從(cong)1帕(pa)(pa)之處為(wei)起點向下深入至(zhi)(zhi)300公(gong)里(li)(li)，相當(dang)于100帕(pa)(pa)的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)和320K的(de)(de)(de)(de)溫度(du)。稀(xi)薄的(de)(de)(de)(de)暈(yun)從(cong)大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)1帕(pa)(pa)的(de)(de)(de)(de)表面向外延伸(shen)擴展至(zhi)(zhi)半徑(jing)兩倍之處，天王星(xing)的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)可(ke)以分為(wei)三層(ceng)(ceng)(ceng)：對流層(ceng)(ceng)(ceng)，從(cong)高度(du)300至(zhi)(zhi)50公(gong)里(li)(li)，大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)100帕(pa)(pa)至(zhi)(zhi)0.1帕(pa)(pa)；平流層(ceng)(ceng)(ceng)（同溫層(ceng)(ceng)(ceng)），高度(du)50至(zhi)(zhi)4000公(gong)里(li)(li)，大(da)(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)0.1帕(pa)(pa)至(zhi)(zhi)10-1?帕(pa)(pa)；熱層(ceng)(ceng)(ceng)（增(zeng)溫層(ceng)(ceng)(ceng)或(huo)暈(yun)），從(cong)4000公(gong)里(li)(li)向上延伸(shen)至(zhi)(zhi)距(ju)離表面50,000公(gong)里(li)(li)處。沒有(you)中間層(ceng)(ceng)(ceng)和散逸(yi)層(ceng)(ceng)(ceng)。
天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)大(da)氣(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)和(he)天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)整體的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)不同，主要是(shi)(shi)氫分(fen)(fen)子和(he)氦(hai)。氦(hai)的(de)(de)(de)(de)(de)摩爾(er)(er)分(fen)(fen)數(shu)(shu)，這是(shi)(shi)每(mei)摩爾(er)(er)中(zhong)(zhong)所(suo)含有的(de)(de)(de)(de)(de)氦(hai)原(yuan)子數(shu)(shu)量(liang)，是(shi)(shi)0.15±0.03；在(zai)(zai)對流層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)層(ceng)(ceng)(ceng)，相當于(yu)0.26±0.05質(zhi)量(liang)百(bai)(bai)分(fen)(fen)比(bi)。這個數(shu)(shu)值很接近0.275±0.01的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)恒星(xing)(xing)質(zhi)量(liang)百(bai)(bai)分(fen)(fen)比(bi)。顯示在(zai)(zai)氣(qi)(qi)體的(de)(de)(de)(de)(de)巨星(xing)(xing)中(zhong)(zhong)，氦(hai)在(zai)(zai)行星(xing)(xing)中(zhong)(zhong)是(shi)(shi)不穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)氣(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)，含量(liang)占第三位的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)甲(jia)烷(wan)（CH?）。甲(jia)烷(wan)在(zai)(zai)可(ke)見和(he)近紅外(wai)(wai)(wai)的(de)(de)(de)(de)(de)吸收(shou)帶(dai)為天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)制造了(le)明(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)藍綠或深藍的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色。在(zai)(zai)大(da)氣(qi)(qi)壓力1.3帕的(de)(de)(de)(de)(de)甲(jia)烷(wan)云(yun)頂之下(xia)，甲(jia)烷(wan)在(zai)(zai)大(da)氣(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)摩爾(er)(er)分(fen)(fen)數(shu)(shu)是(shi)(shi)2.3%，這個量(liang)大(da)約是(shi)(shi)太(tai)陽的(de)(de)(de)(de)(de)20至(zhi)30倍。混合的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)率(lv)在(zai)(zai)大(da)氣(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)層(ceng)(ceng)(ceng)由(you)于(yu)極(ji)端的(de)(de)(de)(de)(de)低(di)溫，降低(di)了(le)飽合的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)平并且造成(cheng)(cheng)多余的(de)(de)(de)(de)(de)甲(jia)烷(wan)結冰。對低(di)揮發性(xing)物質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)豐富(fu)度，像是(shi)(shi)氨、水(shui)和(he)硫化氫，在(zai)(zai)大(da)氣(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)深處的(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)所(suo)知有限，但是(shi)(shi)大(da)概也會高于(yu)太(tai)陽內的(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)。除甲(jia)烷(wan)之外(wai)(wai)(wai)，在(zai)(zai)天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)層(ceng)(ceng)(ceng)大(da)氣(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)可(ke)以追(zhui)蹤(zong)到各(ge)種各(ge)樣微量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)碳氫化合物，被認為是(shi)(shi)太(tai)陽的(de)(de)(de)(de)(de)紫外(wai)(wai)(wai)線輻射導致甲(jia)烷(wan)光解產生的(de)(de)(de)(de)(de)。包(bao)括乙(yi)(yi)烷(wan)（C?H?）、乙(yi)(yi)炔（C?H?）、甲(jia)基乙(yi)(yi)炔（CH?C?H）、聯乙(yi)(yi)炔（C?HC?H）。光譜(pu)也揭(jie)露了(le)水(shui)蒸汽的(de)(de)(de)(de)(de)蹤(zong)影，一氧化碳和(he)二氧化碳在(zai)(zai)大(da)氣(qi)(qi)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)層(ceng)(ceng)(ceng)，但可(ke)能只是(shi)(shi)來自于(yu)彗星(xing)(xing)和(he)其他(ta)外(wai)(wai)(wai)部天(tian)體的(de)(de)(de)(de)(de)落(luo)塵。
對(dui)流層(ceng)是(shi)大(da)氣(qi)層(ceng)最低(di)和(he)(he)密度最高(gao)的(de)(de)部分，溫(wen)(wen)(wen)度隨著(zhu)高(gao)度增加而降低(di)，溫(wen)(wen)(wen)度從有(you)名無實的(de)(de)底部大(da)約320K，300公里，降低(di)至(zhi)53K，高(gao)度50公里。在(zai)(zai)對(dui)流層(ceng)頂實際的(de)(de)最低(di)溫(wen)(wen)(wen)度在(zai)(zai)49至(zhi)57K，依在(zai)(zai)行(xing)星(xing)上的(de)(de)高(gao)度來決定。對(dui)流層(ceng)頂是(shi)行(xing)星(xing)的(de)(de)上升(sheng)暖氣(qi)流輻射遠紅(hong)外線最主要的(de)(de)區域，由(you)此處測(ce)量到(dao)的(de)(de)有(you)效溫(wen)(wen)(wen)度是(shi)59.1±0.3K。對(dui)流層(ceng)應該(gai)還有(you)高(gao)度復雜的(de)(de)云系結構(gou)，水(shui)云被假設在(zai)(zai)大(da)氣(qi)壓(ya)力(li)50至(zhi)100帕(pa)，氨(an)氫(qing)硫化物云在(zai)(zai)20至(zhi)40帕(pa)的(de)(de)壓(ya)力(li)范圍內，氨(an)或氫(qing)硫化物云在(zai)(zai)3和(he)(he)10帕(pa)，最后是(shi)直接偵(zhen)測(ce)到(dao)的(de)(de)甲烷云在(zai)(zai)1至(zhi)2帕(pa)。對(dui)流層(ceng)是(shi)大(da)氣(qi)層(ceng)內非(fei)常(chang)活躍的(de)(de)部分，表(biao)現出(chu)強風、亮云和(he)(he)季節性(xing)的(de)(de)變化。
天(tian)(tian)王(wang)星大氣層(ceng)(ceng)的(de)(de)中層(ceng)(ceng)是平流(liu)層(ceng)(ceng)，此處(chu)的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)逐漸(jian)增加，從對(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)頂(ding)的(de)(de)53K上升至(zhi)(zhi)增溫(wen)層(ceng)(ceng)底(di)的(de)(de)800至(zhi)(zhi)850K。平流(liu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)加熱來(lai)自(zi)甲烷和(he)(he)其他碳(tan)氫(qing)(qing)化(hua)合物吸收的(de)(de)太(tai)陽紫(zi)外(wai)(wai)線(xian)(xian)和(he)(he)紅外(wai)(wai)線(xian)(xian)輻射，大氣層(ceng)(ceng)的(de)(de)這種(zhong)形式(shi)是甲烷的(de)(de)光解造(zao)成(cheng)的(de)(de)。來(lai)自(zi)增溫(wen)層(ceng)(ceng)的(de)(de)熱也許(xu)也值(zhi)得注(zhu)意。碳(tan)氫(qing)(qing)化(hua)合物相對(dui)來(lai)說只是很窄的(de)(de)一(yi)層(ceng)(ceng)，高(gao)(gao)度(du)(du)在(zai)100至(zhi)(zhi)280公里(li)，相對(dui)于(yu)(yu)氣壓是10微帕(pa)至(zhi)(zhi)0.1微帕(pa)，溫(wen)度(du)(du)在(zai)75K和(he)(he)170K之(zhi)間。含量(liang)最多(duo)的(de)(de)碳(tan)氫(qing)(qing)化(hua)合物是乙(yi)炔(gui)(gui)和(he)(he)乙(yi)烷，相對(dui)于(yu)(yu)氫(qing)(qing)的(de)(de)混(hun)合比(bi)率是×10?，與甲烷和(he)(he)一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)在(zai)這個(ge)(ge)高(gao)(gao)度(du)(du)上的(de)(de)混(hun)合比(bi)率相似(si)。更(geng)重的(de)(de)碳(tan)氫(qing)(qing)化(hua)合物、二氧(yang)化(hua)碳(tan)和(he)(he)水蒸氣，在(zai)混(hun)合的(de)(de)比(bi)率上還要低(di)三個(ge)(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。乙(yi)烷和(he)(he)乙(yi)炔(gui)(gui)在(zai)平流(liu)層(ceng)(ceng)內溫(wen)度(du)(du)和(he)(he)高(gao)(gao)度(du)(du)較低(di)處(chu)與對(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)頂(ding)傾向于(yu)(yu)凝聚而形成(cheng)數(shu)層(ceng)(ceng)陰霾(mai)的(de)(de)云層(ceng)(ceng)，那些(xie)也可能被(bei)視為(wei)出(chu)天(tian)(tian)王(wang)星上的(de)(de)云帶。然而，碳(tan)氫(qing)(qing)化(hua)合物集中在(zai)在(zai)天(tian)(tian)王(wang)星平流(liu)層(ceng)(ceng)陰霾(mai)之(zhi)上的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)(du)比(bi)其他類木(mu)行星的(de)(de)高(gao)(gao)度(du)(du)要低(di)是值(zhi)得注(zhu)意的(de)(de)。
天(tian)(tian)王(wang)(wang)星(xing)大(da)氣層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)最外層(ceng)(ceng)是(shi)熱層(ceng)(ceng)（增溫(wen)(wen)層(ceng)(ceng)或(huo)暈），有著(zhu)均(jun)勻一(yi)致的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度，大(da)約在800至(zhi)(zhi)850K。仍不(bu)了(le)解是(shi)何(he)種熱源(yuan)支(zhi)撐著(zhu)如此的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)，雖然低效率的(de)(de)(de)(de)冷(leng)卻作用(yong)和(he)(he)平(ping)(ping)流層(ceng)(ceng)上層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)碳氫(qing)(qing)化合(he)物也能(neng)(neng)貢(gong)獻一(yi)些能(neng)(neng)源(yuan)，但即使是(shi)太(tai)陽(yang)的(de)(de)(de)(de)遠(yuan)紫(zi)外線(xian)和(he)(he)超紫(zi)外線(xian)輻射(she)，或(huo)是(shi)極光活動(dong)(dong)都不(bu)足以提供所需的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)。除此之外，氫(qing)(qing)分子(zi)和(he)(he)增溫(wen)(wen)層(ceng)(ceng)與暈擁有大(da)比例(li)的(de)(de)(de)(de)自(zi)由(you)氫(qing)(qing)原子(zi)，她們的(de)(de)(de)(de)低分子(zi)量(liang)和(he)(he)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)可以解釋(shi)為何(he)暈可以從(cong)行星(xing)擴展至(zhi)(zhi)50000公里(li)，天(tian)(tian)王(wang)(wang)星(xing)半徑的(de)(de)(de)(de)倆倍遠(yuan)。這個(ge)延伸的(de)(de)(de)(de)暈是(shi)天(tian)(tian)王(wang)(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)獨(du)特的(de)(de)(de)(de)特點(dian)。他的(de)(de)(de)(de)作用(yong)包括阻(zu)尼(ni)環繞天(tian)(tian)王(wang)(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)小顆(ke)粒，導(dao)致一(yi)些天(tian)(tian)王(wang)(wang)星(xing)環中塵粒的(de)(de)(de)(de)耗損。天(tian)(tian)王(wang)(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)增溫(wen)(wen)層(ceng)(ceng)和(he)(he)平(ping)(ping)流層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)上層(ceng)(ceng)對應著(zhu)天(tian)(tian)王(wang)(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)電離(li)層(ceng)(ceng)。觀測顯(xian)示電離(li)層(ceng)(ceng)占據2000至(zhi)(zhi)10000公里(li)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)度。天(tian)(tian)王(wang)(wang)星(xing)電離(li)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)密度比土(tu)星(xing)或(huo)海(hai)王(wang)(wang)星(xing)高(gao)(gao)，這可能(neng)(neng)肇因于碳氫(qing)(qing)化合(he)物在平(ping)(ping)流層(ceng)(ceng)低處的(de)(de)(de)(de)集中。電離(li)層(ceng)(ceng)是(shi)承受太(tai)陽(yang)紫(zi)外線(xian)輻射(she)的(de)(de)(de)(de)主要區域，它的(de)(de)(de)(de)密度也依據太(tai)陽(yang)活動(dong)(dong)而改變。極光活動(dong)(dong)不(bu)如木星(xing)和(he)(he)土(tu)星(xing)的(de)(de)(de)(de)明顯(xian)和(he)(he)重(zhong)大(da)。
在紫外(wai)線與可見光波(bo)段下與其他的(de)氣(qi)體巨星(xing)(xing)(xing)(xing)，甚至是與相似(si)的(de)海(hai)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)比較，天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)大(da)氣(qi)層是非常平靜的(de)。當旅行者2號在1986年飛掠過天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)時(shi)，總(zong)共觀察到了10個橫(heng)跨過整個行星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)云帶特征。有人提出解釋認為(wei)這種特征是天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)內熱低于其他巨大(da)行星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)結果。記錄到天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)對流層頂(ding)的(de)最(zui)低溫度(du)(du)是49K，比海(hai)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)還(huan)要(yao)冷，使天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)成為(wei)太陽系溫度(du)(du)最(zui)低的(de)行星(xing)(xing)(xing)(xing)（原來九大(da)行星(xing)(xing)(xing)(xing)中溫度(du)(du)最(zui)低的(de)冥王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)已不(bu)再是行星(xing)(xing)(xing)(xing)）。
在(zai)1986年，旅(lv)行者2號(hao)(hao)發(fa)現(xian)可(ke)見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)天王(wang)星南(nan)(nan)半(ban)球可(ke)以被(bei)細分(fen)(fen)成(cheng)兩(liang)個區(qu)(qu)域：明(ming)(ming)亮(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)區(qu)(qu)和暗(an)淡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)赤道帶狀區(qu)(qu)。兩(liang)這(zhe)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)界大(da)(da)約(yue)在(zai)緯度(du)-45°的(de)(de)(de)(de)(de)(de)附近(jin)。一條跨越在(zai)-45°至-50°之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)狹(xia)窄帶狀物(wu)是(shi)(shi)在(zai)行星表(biao)面上能夠看(kan)見的(de)(de)(de)(de)(de)(de)最亮(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)特(te)征，被(bei)稱為南(nan)(nan)半(ban)球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“衣(yi)(yi)領(ling)(ling)”。極(ji)冠和衣(yi)(yi)領(ling)(ling)被(bei)認(ren)為是(shi)(shi)甲烷云密(mi)集的(de)(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)(qu)域，位置在(zai)大(da)(da)氣壓力1.3至2帕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高度(du)。很(hen)不幸(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)，旅(lv)行者2號(hao)(hao)抵達時正是(shi)(shi)盛夏，而且觀(guan)(guan)(guan)察不到(dao)北(bei)(bei)半(ban)球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)部分(fen)(fen)。不過，從21世紀開始之(zhi)(zhi)際，北(bei)(bei)半(ban)球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“衣(yi)(yi)領(ling)(ling)”和極(ji)區(qu)(qu)就可(ke)以被(bei)哈勃太空望(wang)(wang)遠鏡(jing)和凱克望(wang)(wang)遠鏡(jing)觀(guan)(guan)(guan)測到(dao)。結(jie)果(guo)，天王(wang)星看(kan)起來是(shi)(shi)不對稱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)：靠近(jin)南(nan)(nan)極(ji)是(shi)(shi)明(ming)(ming)亮(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，從南(nan)(nan)半(ban)球的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“衣(yi)(yi)領(ling)(ling)”以北(bei)(bei)都是(shi)(shi)一樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)黑暗(an)。天王(wang)星上之(zhi)(zhi)后可(ke)能出(chu)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)季(ji)節變化，將(jiang)會被(bei)詳細的(de)(de)(de)(de)(de)(de)討論。天王(wang)星可(ke)以觀(guan)(guan)(guan)察到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)緯度(du)結(jie)構(gou)和木星與土星是(shi)(shi)不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，它們(men)展現(xian)出(chu)許多條狹(xia)窄但色彩豐富的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶狀結(jie)構(gou)。
1990年代的(de)(de)(de)(de)(de)高分辨率成像觀(guan)測表明(ming)(ming)(ming)，亮(liang)(liang)云(yun)特征的(de)(de)(de)(de)(de)數量有(you)著明(ming)(ming)(ming)顯的(de)(de)(de)(de)(de)增長。它(ta)們多(duo)數都出(chu)現于北半(ban)(ban)球(qiu)(qiu)開始成為可以看見(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)區域。早期的(de)(de)(de)(de)(de)解(jie)釋—認為是亮(liang)(liang)云(yun)在(zai)行(xing)星(xing)黑(hei)暗的(de)(de)(de)(de)(de)部分比較容易被(bei)(bei)分辨出(chu)來，而(er)在(zai)南(nan)半(ban)(ban)球(qiu)(qiu)則(ze)被(bei)(bei)明(ming)(ming)(ming)亮(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)“衣領”掩蓋掉—被(bei)(bei)證明(ming)(ming)(ming)是錯誤的(de)(de)(de)(de)(de)，實際上特征數量已確實顯著增加。不過(guo)，兩個半(ban)(ban)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)亮(liang)(liang)云(yun)是有(you)區別(bie)的(de)(de)(de)(de)(de)，北半(ban)(ban)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)亮(liang)(liang)云(yun)較小、較尖(jian)銳和(he)較明(ming)(ming)(ming)亮(liang)(liang)。它(ta)們看上去都躺在(zai)較高的(de)(de)(de)(de)(de)高度。亮(liang)(liang)云(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)生命期有(you)著極(ji)大的(de)(de)(de)(de)(de)差異，一些小的(de)(de)(de)(de)(de)只有(you)幾小時，而(er)南(nan)半(ban)(ban)球(qiu)(qiu)至少有(you)一個從旅行(xing)者飛掠過(guo)后(hou)仍一直存在(zai)著。最近的(de)(de)(de)(de)(de)觀(guan)察也發現，雖然天王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)氣候較為平靜(jing)，但天王(wang)星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)亮(liang)(liang)云(yun)有(you)許多(duo)特性與海(hai)王(wang)星(xing)相同。
追蹤這些有(you)特(te)征的(de)(de)(de)亮云，可以測(ce)量(liang)出天王星(xing)對(dui)(dui)流(liu)層上(shang)方的(de)(de)(de)風(feng)(feng)(feng)是(shi)如何在(zai)極區咆哮。在(zai)赤(chi)道(dao)的(de)(de)(de)風(feng)(feng)(feng)是(shi)退行(xing)的(de)(de)(de)，意味(wei)著它們吹的(de)(de)(de)方向與自(zi)轉的(de)(de)(de)方向相反，它們的(de)(de)(de)速度(du)(du)從(cong)?100至?50米/秒(miao)。風(feng)(feng)(feng)速隨著遠離赤(chi)道(dao)的(de)(de)(de)距離而增加，大約在(zai)緯度(du)(du)±20°靜止(zhi)不(bu)動(dong)，這兒(er)也是(shi)對(dui)(dui)流(liu)層溫(wen)度(du)(du)最(zui)(zui)(zui)低之(zhi)處(chu)。再往(wang)極區移動(dong)，風(feng)(feng)(feng)向也轉成與行(xing)星(xing)自(zi)轉的(de)(de)(de)方向一(yi)致，風(feng)(feng)(feng)速則持續增加，在(zai)北緯60°處(chu)達(da)到(dao)最(zui)(zui)(zui)大值(zhi)，然后下(xia)降至極區減(jian)弱為0。在(zai)南緯40°附近，風(feng)(feng)(feng)速從(cong)150到(dao)200米/秒(miao)，因為“衣領”蓋過了所有(you)平行(xing)的(de)(de)(de)亮云，無法(fa)測(ce)量(liang)從(cong)哪(na)兒(er)到(dao)南極之(zhi)間的(de)(de)(de)風(feng)(feng)(feng)速。與北半球(qiu)對(dui)(dui)照，風(feng)(feng)(feng)速在(zai)緯度(du)(du)+50°達(da)到(dao)最(zui)(zui)(zui)大值(zhi)，速度(du)(du)高達(da)240米/秒(miao)。
2004年(nian)(nian)(nian)3月到5月這一(yi)短暫期(qi)間(jian)，很多(duo)(duo)片大(da)(da)(da)塊亮(liang)云(yun)出(chu)現(xian)(xian)天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)大(da)(da)(da)氣(qi)(qi)層里，這讓天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)有(you)著類似(si)(si)海王(wang)星(xing)(xing)(xing)般的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)觀。觀察到229米/秒（824公里/時）的(de)(de)(de)(de)(de)破表風速，和被稱為“7月4日煙火”的(de)(de)(de)(de)(de)雷雨(yu)風暴。2006年(nian)(nian)(nian)8月23日，科(ke)羅(luo)拉多(duo)(duo)州博爾德市太(tai)空科(ke)學(xue)學(xue)院和威斯康辛大(da)(da)(da)學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究員觀察到天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)表面有(you)一(yi)個(ge)大(da)(da)(da)黑斑(ban)，讓天(tian)(tian)文學(xue)家對(dui)天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)大(da)(da)(da)氣(qi)(qi)層的(de)(de)(de)(de)(de)活動有(you)更多(duo)(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)了(le)解。雖(sui)然(ran)為何(he)這突如(ru)其來活動暴漲的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)生原因仍未被研(yan)究員所明(ming)了(le)，但是它呈(cheng)現(xian)(xian)了(le)天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)極度傾斜的(de)(de)(de)(de)(de)自轉軸(zhou)所帶來的(de)(de)(de)(de)(de)季節(jie)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)候變(bian)化。要確認這種(zhong)季節(jie)變(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)本質是很困(kun)難(nan)的(de)(de)(de)(de)(de)，因為對(dui)天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)大(da)(da)(da)氣(qi)(qi)層堪(kan)用的(de)(de)(de)(de)(de)觀察數(shu)(shu)據(ju)仍少于(yu)(yu)(yu)84年(nian)(nian)(nian)，也就是一(yi)個(ge)完整的(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)年(nian)(nian)(nian)。雖(sui)然(ran)已(yi)經有(you)了(le)一(yi)定數(shu)(shu)量的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)現(xian)(xian)，光度學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)觀測(ce)(ce)已(yi)經累積了(le)半個(ge)天(tian)(tian)王(wang)星(xing)(xing)(xing)年(nian)(nian)(nian)（從1950年(nian)(nian)(nian)代(dai)起算），在兩個(ge)光譜帶上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)光度變(bian)化已(yi)經呈(cheng)現(xian)(xian)了(le)規律(lv)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化，最(zui)(zui)大(da)(da)(da)值(zhi)出(chu)現(xian)(xian)于(yu)(yu)(yu)至(zhi)(zhi)點(dian)(dian)，最(zui)(zui)小值(zhi)出(chu)現(xian)(xian)于(yu)(yu)(yu)晝(zhou)夜平(ping)分點(dian)(dian)。從1960年(nian)(nian)(nian)開(kai)始(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)微波觀測(ce)(ce)，深(shen)入對(dui)流層的(de)(de)(de)(de)(de)內部(bu)，也得到相(xiang)(xiang)似(si)(si)的(de)(de)(de)(de)(de)周期(qi)變(bian)化，最(zui)(zui)大(da)(da)(da)值(zhi)也在至(zhi)(zhi)點(dian)(dian)。從20世(shi)紀70年(nian)(nian)(nian)代(dai)開(kai)始(shi)對(dui)平(ping)流層進行的(de)(de)(de)(de)(de)溫度測(ce)(ce)量也顯示(shi)最(zui)(zui)大(da)(da)(da)值(zhi)出(chu)現(xian)(xian)于(yu)(yu)(yu)1986年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)至(zhi)(zhi)日附(fu)近(jin)。多(duo)(duo)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化相(xiang)(xiang)信與可觀察到的(de)(de)(de)(de)(de)幾何(he)變(bian)化相(xiang)(xiang)關。
然而，有某些理(li)由相(xiang)信天(tian)王(wang)星(xing)物理(li)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)季節(jie)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)也在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)發生。當(dang)南極(ji)區(qu)域變(bian)(bian)(bian)(bian)得明(ming)亮(liang)(liang)時(shi)，北(bei)極(ji)相(xiang)對(dui)的(de)(de)(de)呈現黑(hei)暗(an)，這(zhe)與上(shang)述概要性(xing)(xing)的(de)(de)(de)季節(jie)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)模型是(shi)不(bu)符合的(de)(de)(de)。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)1944年抵達北(bei)半(ban)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)至點(dian)之(zhi)前，天(tian)王(wang)星(xing)亮(liang)(liang)度急遽(ju)提升(sheng)，顯示北(bei)極(ji)不(bu)是(shi)永(yong)遠(yuan)黑(hei)暗(an)的(de)(de)(de)。這(zhe)個現象(xiang)意味著可以(yi)看見(jian)的(de)(de)(de)極(ji)區(qu)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)至日之(zhi)前開始變(bian)(bian)(bian)(bian)亮(liang)(liang)，并且在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)晝夜平分點(dian)之(zhi)后(hou)開始變(bian)(bian)(bian)(bian)暗(an)。詳細的(de)(de)(de)分析可見(jian)光和微波的(de)(de)(de)資料，顯示亮(liang)(liang)度的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)周期(qi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)至點(dian)的(de)(de)(de)附近不(bu)是(shi)完全(quan)的(de)(de)(de)對(dui)稱，這(zhe)也顯示出(chu)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)子午圈(quan)上(shang)反照(zhao)率(lv)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)模式。最(zui)后(hou)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)20世紀(ji)90年代(dai)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)天(tian)王(wang)星(xing)離開至點(dian)的(de)(de)(de)時(shi)期(qi)，哈柏太(tai)空(kong)望(wang)遠(yuan)鏡和地基的(de)(de)(de)望(wang)遠(yuan)鏡顯示南極(ji)冠出(chu)現可以(yi)察覺的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)暗(an)（南半(ban)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)“衣領(ling)”除(chu)外(wai)，它依(yi)然明(ming)亮(liang)(liang)），同時(shi)，北(bei)半(ban)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)活動也證實(shi)是(shi)增(zeng)強了，例(li)如(ru)云層的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)和更強的(de)(de)(de)風，支持期(qi)望(wang)的(de)(de)(de)亮(liang)(liang)度增(zeng)加應該很快就會開始。
天王星物理變(bian)(bian)(bian)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)機制還不是(shi)很清楚，在(zai)(zai)(zai)接(jie)近至點，天王星的(de)(de)(de)(de)(de)一個半球沐(mu)浴在(zai)(zai)(zai)陽光(guang)之下，另一個半球則(ze)對(dui)向(xiang)幽暗的(de)(de)(de)(de)(de)深空。受光(guang)半球的(de)(de)(de)(de)(de)明亮(liang)曾被認為是(shi)對(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)里來自(zi)甲(jia)烷云(yun)與陰霾層(ceng)(ceng)局部增(zeng)厚(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)結果。在(zai)(zai)(zai)緯(wei)度-45°的(de)(de)(de)(de)(de)明亮(liang)“衣(yi)領”也與甲(jia)烷云(yun)有(you)所關(guan)聯。在(zai)(zai)(zai)南半球極區的(de)(de)(de)(de)(de)其他變(bian)(bian)(bian)化(hua)，也可以用低層(ceng)(ceng)云(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)來解(jie)釋。來自(zi)天王星微波發(fa)射譜線上的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)，或許是(shi)在(zai)(zai)(zai)對(dui)流(liu)層(ceng)(ceng)深處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)循環變(bian)(bian)(bian)化(hua)造成的(de)(de)(de)(de)(de)，因為厚(hou)實的(de)(de)(de)(de)(de)極區云(yun)層(ceng)(ceng)和(he)霧(wu)霾可能(neng)(neng)會阻礙對(dui)流(liu)。天王星春天和(he)秋(qiu)天的(de)(de)(de)(de)(de)晝夜(ye)平分點即將來臨(lin)，動力學(xue)上的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)變(bian)(bian)(bian)和(he)對(dui)流(liu)可能(neng)(neng)會再(zai)發(fa)生。
在1986年(nian)，旅行(xing)者(zhe)2號飛掠時，天王星(xing)的(de)南(nan)極(ji)幾乎正對著(zhu)(zhu)太陽(yang)(yang)。標記(ji)這個(ge)極(ji)是(shi)南(nan)極(ji)是(shi)基(ji)于國(guo)際天文(wen)聯合會(hui)的(de)定義：行(xing)星(xing)或衛星(xing)的(de)北極(ji)，是(shi)指(zhi)向太陽(yang)(yang)系不變平面(mian)的(de)上方(fang)（不是(shi)由自轉的(de)方(fang)向來(lai)決(jue)定）。但是(shi)，仍然有不同的(de)協定被(bei)使用著(zhu)(zhu)：一個(ge)天體(ti)依據(ju)右手定則所(suo)定義的(de)自轉方(fang)向來(lai)決(jue)定北極(ji)和(he)南(nan)極(ji)。根據(ju)后(hou)者(zhe)的(de)坐標系，1986年(nian)在陽(yang)(yang)光下的(de)極(ji)則是(shi)北極(ji)。
天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)有(you)一個(ge)(ge)(ge)暗(an)淡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)行星(xing)(xing)(xing)(xing)環(huan)(huan)(huan)系統，由直(zhi)徑約十米(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)黑(hei)暗(an)粒狀物組成。這是(shi)(shi)繼土(tu)星(xing)(xing)(xing)(xing)環(huan)(huan)(huan)之后，在(zai)太(tai)陽系內(nei)發現的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第(di)二個(ge)(ge)(ge)環(huan)(huan)(huan)系統。天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)環(huan)(huan)(huan)包含(han)13個(ge)(ge)(ge)已命名的(de)(de)(de)(de)(de)(de)小環(huan)(huan)(huan)，其中最明亮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)ε環(huan)(huan)(huan)（Epsilon），其他的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)(huan)都非常(chang)黯淡。天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)環(huan)(huan)(huan)像木星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)環(huan)(huan)(huan)一樣(yang)暗(an)，但又像土(tu)星(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)環(huan)(huan)(huan)那(nei)樣(yang)有(you)相(xiang)當大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)直(zhi)徑。天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)環(huan)(huan)(huan)被認為(wei)是(shi)(shi)相(xiang)當年(nian)輕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)圓環(huan)(huan)(huan)周圍(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空隙和(he)不透明部分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)別，暗(an)示她們不是(shi)(shi)與(yu)天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)同(tong)時形成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，環(huan)(huan)(huan)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物質可能(neng)來自被高速撞擊或(huo)潮(chao)汐力粉碎(sui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)衛星(xing)(xing)(xing)(xing)。而最外(wai)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第(di)5個(ge)(ge)(ge)環(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成分(fen)大部分(fen)是(shi)(shi)直(zhi)徑為(wei)幾米(mi)到幾十米(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)冰塊(kuai)。除(chu)此(ci)之外(wai)，天(tian)王(wang)(wang)星(xing)(xing)(xing)(xing)可能(neng)還存在(zai)著大量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)窄環(huan)(huan)(huan)，寬度僅(jin)有(you)50米(mi)，單環(huan)(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)(huan)反(fan)射率(lv)非常(chang)低(di)。
天(tian)王星環的(de)(de)發(fa)現(xian)(xian)(xian)日期(qi)是(shi)1977年3月10日，在(zai)(zai)James L. Elliot、Edward W. Dunham、和Douglas J.Mink使用柯(ke)伊伯機載天(tian)文臺觀(guan)(guan)測(ce)(ce)時(shi)。這(zhe)個(ge)發(fa)現(xian)(xian)(xian)是(shi)很意(yi)外(wai)的(de)(de)，他(ta)(ta)們(men)原本的(de)(de)計劃是(shi)觀(guan)(guan)測(ce)(ce)天(tian)王星掩(yan)蔽SAO158687以研(yan)究天(tian)王星的(de)(de)大(da)氣層。然而，當他(ta)(ta)們(men)分析觀(guan)(guan)測(ce)(ce)的(de)(de)資料時(shi)，發(fa)現(xian)(xian)(xian)行(xing)(xing)星遮掩(yan)的(de)(de)前(qian)后(hou)，這(zhe)顆恒星都曾經短暫(zan)的(de)(de)消失了五次(ci)。他(ta)(ta)們(men)認為，必(bi)須有個(ge)環系統圍繞(rao)著行(xing)(xing)星才能解釋。后(hou)來他(ta)(ta)們(men)又偵測(ce)(ce)到四個(ge)額外(wai)的(de)(de)環。旅(lv)行(xing)(xing)者2號(hao)(hao)在(zai)(zai)1986年飛掠過天(tian)王星時(shi)，直接(jie)看見了這(zhe)些環。旅(lv)行(xing)(xing)者2號(hao)(hao)也發(fa)現(xian)(xian)(xian)了兩圈(quan)新的(de)(de)光環，使環的(de)(de)數量增加到11圈(quan)（不包括2003年發(fa)現(xian)(xian)(xian)的(de)(de)）。
在2005年(nian)12月(yue)，哈勃太空望(wang)遠(yuan)鏡偵測(ce)到一(yi)對早先未曾發(fa)現的(de)(de)藍(lan)(lan)色(se)圓環。最外(wai)圍(wei)的(de)(de)一(yi)圈與天(tian)(tian)王星的(de)(de)距(ju)離比早先知(zhi)道(dao)的(de)(de)環遠(yuan)了兩倍，因此(ci)新發(fa)現的(de)(de)環被(bei)稱為(wei)環系(xi)統的(de)(de)外(wai)環，使天(tian)(tian)王星環的(de)(de)數(shu)量增加到13圈。哈柏同(tong)時(shi)也發(fa)現了兩顆新的(de)(de)小衛星，其中(zhong)的(de)(de)天(tian)(tian)衛二十六還(huan)與最外(wai)面的(de)(de)μ環共享(xiang)軌道(dao)。在2006年(nian)4月(yue)，凱克天(tian)(tian)文(wen)臺公布的(de)(de)新環影像(xiang)中(zhong)，外(wai)環的(de)(de)一(yi)圈是(shi)(shi)藍(lan)(lan)色(se)的(de)(de)，另一(yi)圈則是(shi)(shi)紅色(se)的(de)(de)。關于外(wai)環顏色(se)是(shi)(shi)藍(lan)(lan)色(se)的(de)(de)一(yi)個假說是(shi)(shi)，它由來(lai)自天(tian)(tian)衛二十六的(de)(de)細小冰微(wei)粒組成，因此(ci)能散射足夠多的(de)(de)藍(lan)(lan)光。天(tian)(tian)王星的(de)(de)內環看起(qi)來(lai)是(shi)(shi)呈(cheng)灰色(se)的(de)(de)。
天(tian)(tian)王星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)有(you)27顆已(yi)知(zhi)天(tian)(tian)然(ran)的(de)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，這些衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)名(ming)稱(cheng)都出自威廉(lian)·莎士(shi)比亞和(he)(he)(he)亞歷山大·波(bo)普的(de)歌劇中的(de)人物。五(wu)顆主要衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)名(ming)稱(cheng)是(shi)(shi)天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)五(wu)（Miranda）、天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)一(yi)(yi)（Ariel）、天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)二(er)（Umbriel）、天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)三（Tatania）和(he)(he)(he)天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)四(si)（Obeon）。天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)三和(he)(he)(he)天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)四(si)是(shi)(shi)威廉(lian)·赫歇爾在(zai)1787年(nian)3月13日發現的(de)第(di)一(yi)(yi)顆和(he)(he)(he)第(di)二(er)顆天(tian)(tian)王星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)一(yi)(yi)和(he)(he)(he)天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)二(er)是(shi)(shi)在(zai)1851年(nian)被威廉(lian)·拉(la)(la)塞(sai)爾發現的(de)。但直到(dao)1852年(nian)，威廉(lian)·赫歇爾的(de)兒子約(yue)翰(han)·赫歇爾才為這四(si)顆衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)命(ming)名(ming)。1948年(nian)，杰拉(la)(la)德·柯伊伯發現第(di)五(wu)顆衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)五(wu)。天(tian)(tian)王星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)系統的(de)質量是(shi)(shi)氣態(tai)巨星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)中最(zui)少的(de)，五(wu)顆主要衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)總質量還(huan)不到(dao)海(hai)衛(wei)(wei)(wei)(wei)一(yi)(yi)質量的(de)一(yi)(yi)半。最(zui)大的(de)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)三半徑(jing)只有(you)788.9公(gong)里，還(huan)不到(dao)月球的(de)一(yi)(yi)半，但是(shi)(shi)比土星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)第(di)二(er)大的(de)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)土衛(wei)(wei)(wei)(wei)五(wu)（Rhea）稍(shao)大些。這些衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)反照率相對也(ye)較(jiao)低，天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)二(er)約(yue)為0.2，天(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)一(yi)(yi)約(yue)為0.35（在(zai)綠色光譜上）。這些衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)由(you)冰和(he)(he)(he)巖石(shi)組成，大約(yue)是(shi)(shi)50%的(de)冰和(he)(he)(he)50%的(de)巖石(shi)，冰也(ye)許(xu)包含氨和(he)(he)(he)二(er)氧化碳。
在(zai)較大(da)的(de)(de)(de)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)中，天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)一有(you)著最(zui)年輕(qing)的(de)(de)(de)表面，上面只有(you)少許的(de)(de)(de)隕石坑，天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)二(er)看起(qi)來是最(zui)古老的(de)(de)(de)。天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)五(wu)擁有(you)深(shen)達20公里的(de)(de)(de)斷(duan)層(ceng)峽谷，梯(ti)田狀的(de)(de)(de)層(ceng)次和(he)(he)混(hun)亂(luan)的(de)(de)(de)變(bian)化，形成令(ling)人混(hun)淆的(de)(de)(de)表面年齡和(he)(he)特征。天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)五(wu)過去的(de)(de)(de)地(di)質活動被(bei)認為是在(zai)某段時候當其軌道比當前(qian)更偏心(xin)時受(shou)到(dao)潮(chao)汐加熱(re)的(de)(de)(de)影(ying)響，偏心(xin)的(de)(de)(de)原因大(da)概是跟天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)二(er)軌道共振（過去與(yu)當今(jin)3:1比例）的(de)(de)(de)結果。與(yu)地(di)幔上涌并擠(ji)入相關的(de)(de)(de)外部加工很可能是天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)五(wu)上如同“賽馬場”形狀的(de)(de)(de)冕狀物(wu)（詳見金星(xing)(xing)冕狀物(wu)）的(de)(de)(de)起(qi)源。同樣的(de)(de)(de)，天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)一被(bei)認為曾經處于與(yu)天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)三4:1軌道共振的(de)(de)(de)位置。旅(lv)行者(zhe)2號(hao)探測(ce)器(qi)于1986年1月飛掠天(tian)(tian)(tian)(tian)王星(xing)(xing)，在(zai)隨后的(de)(de)(de)照片研(yan)究(jiu)中，天(tian)(tian)(tian)(tian)文(wen)學家發現了天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)六至天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)十五(wu)以及天(tian)(tian)(tian)(tian)衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)二(er)十五(wu)共11顆小衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)。后來使用(yong)地(di)面的(de)(de)(de)望(wang)遠鏡也證實了這些衛(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)。
天王星(xing)(xing)的(de)(de)(de)體(ti)積約為(wei)地球(qiu)的(de)(de)(de)64倍，其大(da)(da)(da)氣中包含(han)83%的(de)(de)(de)氫氣，15%的(de)(de)(de)氦氣，2%的(de)(de)(de)甲烷氣體(ti)，表面溫度平均為(wei)零下215℃。2014年8月6日，美國國家航(hang)空航(hang)天局（NASA）和歐(ou)洲航(hang)天局（ESA）在夏威夷凱克天文臺（W.M.Keck Observatory），利用哈(ha)勃太空望遠鏡成功(gong)的(de)(de)(de)觀測并記(ji)錄了一(yi)場最大(da)(da)(da)規模的(de)(de)(de)風(feng)暴(bao)。因為(wei)天王星(xing)(xing)具備氣態(tai)行星(xing)(xing)的(de)(de)(de)特(te)質，所以經常爆發風(feng)暴(bao)，此前(qian)觀測到的(de)(de)(de)一(yi)次最大(da)(da)(da)規模的(de)(de)(de)風(feng)暴(bao)被(bei)命名為(wei)Berg。Berg發生在2000年，其引起的(de)(de)(de)巨(ju)大(da)(da)(da)影(ying)響一(yi)直持續到2009年才消失殆盡。
1986年1月，美國國家航空航天(tian)局(ju)的(de)(de)(de)旅行者2號拜訪(fang)了(le)(le)天(tian)王星(xing)。這是(shi)對天(tian)王星(xing)僅有的(de)(de)(de)近(jin)(jin)距(ju)離探(tan)(tan)測，之后一直(zhi)沒有新的(de)(de)(de)探(tan)(tan)測計(ji)劃。旅行者2號在(zai)(zai)1977年發射，在(zai)(zai)繼(ji)續前往(wang)海王星(xing)的(de)(de)(de)旅程(cheng)之前，旅行者2號在(zai)(zai)1月24日(ri)最(zui)接近(jin)(jin)天(tian)王星(xing)，距(ju)離近(jin)(jin)達81500公里。旅行者2號研(yan)究(jiu)了(le)(le)天(tian)王星(xing)大氣(qi)層的(de)(de)(de)結構和化學(xue)組成(cheng)，發現了(le)(le)10顆(ke)新衛星(xing)，還研(yan)究(jiu)了(le)(le)天(tian)王星(xing)因為自轉軸傾(qing)斜97.77°所造成(cheng)的(de)(de)(de)獨特氣(qi)候，并觀察了(le)(le)天(tian)王星(xing)的(de)(de)(de)環系統。它(ta)也研(yan)究(jiu)了(le)(le)天(tian)王星(xing)的(de)(de)(de)磁場。它(ta)對最(zui)大的(de)(de)(de)五顆(ke)衛星(xing)做了(le)(le)首度的(de)(de)(de)詳細(xi)調查，并研(yan)究(jiu)當時已知的(de)(de)(de)九(jiu)圈光(guang)環，也新發現了(le)(le)另(ling)外兩道光(guang)環。
歲月靜好
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