天王星衛星

天王星有27顆已知的衛星。1948年前發現的5顆天衛星均屬規則衛星。1986年旅行者2號在天衛五軌道內又發現了10顆黝黑、直徑也小得多的天衛。天衛的平均密度介於1.26到1.65克/厘米3之間 。

基本介紹

• 中文名：天王星衛星

概況

天王星衛星Uranus，satellites of簡介

簡稱天衛。它們的環形山下常覆蓋有一層富碳的有機物，很可能是由岩石與固態的甲烷、氨凍的混合物所構成的。

天王星已確認有27顆衛星

天衛一

天衛一（Ariel）是環繞天王星運行的一顆衛星。

天衛二

天衛二（Umbriel英語發音"UM bree el")是天王星第三大衛星，已知衛星中距天王星第十三近它由 William Lassell於1851年發現. 天衛二和天衛四很相似，但後者要比它大35%。天王星的大衛星都是由占40～50%的冰和岩石混合而成，它所含的岩石比土衛五之類所含的要多一些。

天衛二的劇烈起伏的火山口地形可能從它形成以來就一直穩定存在。天衛二非常暗，它反射的光大約是天王星最亮的衛星－－天衛一的一半. 它的表面布滿隕石坑。儘管沒有地質活動的跡象，卻有著離奇的特徵。它有一個明亮的隕石坑，寬約112公里，綽號"螢光杯"。坑表面深色部分可能是有機物質，淺色部分則無人知道是什麼。

天衛三

天衛三（Titania）是環繞天王星運行的一顆衛星。天衛三跟天衛四差不多大小，也復滿了火山灰。這表明曾發生過火山活動。那兒有長達數千公里的風力強勁的大峽谷，可能是由於內部的水凍結、膨脹，撐裂了薄弱的外殼而形成的。天衛三直徑約為1577公里，是天王星最大的衛星。它的表面也被一種黑色物質重新覆蓋過，可能是甲烷或水冰。

天衛四

天衛四（Oberon)是環繞天王星運行的一顆衛星。最外層的天衛四布滿了隕石坑。隕石坑底有許多暗區，可能已經填滿冰岩。

天衛五

天衛五（Miranda）是環繞天王星運行的一顆衛星，距離天王星較近。公轉軌道： 距天王星129,850 千米

衛星直徑： 472 千米

質量： 6.3e19 千克

Miranda是莎士比亞的作品《暴風雨》中魔術師的一個女兒的名字

它是由Kuiper於1948年發現。

旅行者2號為了繼續飛向海王星，不得不飛近天王星以獲得推動力，由於整個飛行的方向幾乎與黃道面成90度角，所以只與天衛五十分接近。在旅行者2號飛近之前，由於天衛五不是海王星的最大衛星，也沒有什麼特別之處，因此也不可能被選為主要研究對象，所以當時對於這顆衛星幾乎是一無所知的。然而旅行者2號卻證明了這是一顆非常有趣的衛星。

天衛五是由冰與岩石各半混合而成。

天衛五的表面是由眾多的環形山地形和奇異的凹線、山谷和懸崖組成（其中的一座有5千米高；）。

起先，旅行者2號帶來的天衛五圖片上的情景使人們困惑不解。每個人過去都認為天王星的衛星的地質內部活動的歷史極短（就像木衛四）。對那些進行現場直播的工作人員來說，如何去講解這至今仍無法解釋的古怪地形是一項很大的困難。他們常用的那些深奧難懂的行話也已經無濟於事了，他們不得不用一些諸如“^或v的鉅齒圖”、“跑道”、和“多層蛋糕”之類的術語來措述天衛五的奇異的牲。

後來人們認為天衛五自其產生後經歷過多次的粉碎與重新聚合（即原來十分光滑，然後經小行星或彗星撞擊後被粉碎，最後靠其自身引力重新組合使表面奇特），並且每次都破壞了一部分的原始表面，露出一些內部物質。然而現在，另一更易被人們接受的理論產生了，那就是這些地形是由於熔化的冰而造成的。

⒎1986年的小衛星（天衛六~十五）由旅行者2號於1986年發現

7.1天衛六

天衛六在已知天王星衛星中距其最近。

Cordelia是莎士比亞作品《李爾王》中李爾的女兒。

它由旅行者2號於1986年發現。

天衛六是Epsilon光環中離主星最近的一顆牧羊衛星。

天衛六與天衛七屬於同步軌道半徑之內。

7.2天衛七

天衛七在已知天王星衛星中距其第二近。

它由旅行者2號於1986年發現。

天衛六是Epsilon外層光環中的一顆牧羊衛星。

天衛六與天衛七屬於同步軌道半徑之內。

7.3天衛八

天衛八在已知天王星衛星中距其第三近。

它由旅行者2號於1986年發現。

7.4天衛九

天衛九在已知天王星衛星中距其第四近。

它由旅行者2號於1986年發現。

7.5天衛十

天衛十在已知天王星衛星中距其第五近。

它由旅行者2號於1986年發現。

7.6天衛十一

天衛十一在已知天王星衛星中距其第六近。

它由旅行者2號於1986年發現。

7.7天衛十二

天衛十二在已知天王星衛星中距其第七近。

它由旅行者2號於1986年發現。

7.8天衛十三

天衛十三在已知天王星衛星中距其第八近。

它由旅行者2號於1986年發現。

7.9天衛十四

天衛十四在已知天王星衛星中距其第九近。

它由旅行者2號於1986年發現。

7.10天衛十五

天衛十五在已知天王星衛星中距其第十近：它由旅行者2號於1986年發現。

在旅行者2號發現的十顆衛星中，只有天衛十五發現得太快，使得觀察日程表不得不進行調整才得到了圖像。

天衛十五及天王星其他小衛星都非常暗（反照率小於1.0）。

未知之謎

對於天衛五的奇異地形中熔洞和粉碎說都僅僅是理論上的推測。還需要更多的證據來增強這些理論的說服力。

現在還沒有再次探測天王星和海王星的計畫。什麼時候再去探訪這奇異的世界？旅行者2號帶回的資料將在很長時間裡成為我們擁有的有關它們的唯一的信息源。

新衛星（1997-）

9.1天衛十六（Caliban）與天衛十七（Sycorax）被臨時命名為S/1997 U 1和S/1997 U 2的天王星的兩顆新衛星已被發現，發現者所提議的命名Caliban和Sycorax將很有可能為IAU（國際天文聯盟）所接受。前者（Caliban,即S/1997 U 1）的運行軌道從天王星算起約有720萬千米，它的直徑大約為60千米；後者（Sycorax，即S/1997 U 2）的運行軌道從天王星算起約有1220萬千米，直徑大約為120千米。對這些尺寸的估計是根據其表面亮度及假定的反照率而得出的（大約有7%的誤差）。它們的運行軌道為逆向，並且高度傾斜。

Caliban（卡利班）是莎士比亞的劇本The Tempest中的角色，魔法師Prospero的一個醜陋兇殘的奴隸，也是女巫Sycorax的兒子，她曾因Ariel的背叛而將其拘禁。在劇本中，Prospero驅散了女巫的咒語、解放了Ariel、並將卡利班收為奴隸。

它們是由Brett Gladman， Phil Nicholson， Joseph Burns，和 JJ Kavelaars用200英寸的海爾望遠鏡發現的，首批圖片是在1997年9月6日和7日拍攝的。

在這個發現之前，天王星是唯一一顆未被找到“不規則”衛星的巨型氣體行星。所謂“不規則”衛星是指：它們的軌道面不平行於行星赤道面。

如其他的不規則衛星（諸如木星的外層8顆衛星，土衛九和海衛二）。同樣，它們可能是被吸引的小行星。它們不可能是在其現行的軌道上形成的。

它們是用地面望遠鏡所觀察到的最模糊的衛星。

天衛十八（Prospero），天衛十九（Setebos）和天衛二十（Stephano）這些小衛星的名字源於莎士比亞的劇作"暴風雨"(The Tempest):Prosper是神奇的魔法師，作為精靈船上的管家駕馭著Ariel（精靈）； Stephano 和Caliban則密謀殺害Prospero; Setebos是Sycorax領地的神.

第一幅照片由Kavelaars,Gladman,Holman et al於1999年7月在Mauna Kea用Canada-France-Hawaii望遠鏡拍攝. 它們的軌道依然不確定但距離天王星約1000~2500萬公里. 它們直徑約有30~40公里（假設有.07的星體反照率）

9.2天衛二十一（Trinculo）

Gladman,Holman,Kavelaars,Petit et al共同發現了它.

眾多這些最新發現的衛星事實上比旅行者2號所發現的更為暗淡.

9.3天衛二十二（Francisco）

Francisco（天衛二十二）是天王星外部衛星的第一顆衛星，他只有60千米，離天王星48386000千米，他的編號是2001 U 3。

天衛二十三（Margaret）和天衛二十四（Ferdinand）夏威夷大學的Scott S. Sheppard 和 David Jewitt發現了另一對命名為S/2001U2和S/2003U3的天王星衛星，照片是利用位於夏威夷Mauna Kea山頂的Subaru 8.3m望遠鏡拍攝的.進一步的觀測使Minor Planet Center工程中研究人員Brian Marsden將2001年的一次由 Matt Holman與JJ Kavelaars領導的獨立觀測聯繫起來.2001年當時的觀測並不足以確定觀測到的天體是否是天王星的衛星，且沒有可靠的軌道被發現.直到2003年才被夏威夷的團隊確認.

9.4天衛二十五（Perdita）

這顆小衛星是Perdita（天衛二十五）。

它曾由旅行者2號於1986年拍得照片；在1999年由Tucson的亞利桑那大學月球與行星實驗室的by Erich Karkoschka發現。

它的公轉軌道與Belinda（天衛十四）近乎一致，距天王星大約75000千米。

它的直徑約有100千米。

自發現它後的數年，人們一度認為這刻天體根本不存在，因為它從未再次被地基望遠鏡觀測到.（而且我們任沒有飛行器能接近天王星）--但到2003年，它再次被哈勃望遠鏡的新的照相機所俘獲，看來它的確是存在的！

8月在智利對天王星的觀測，利用了4米口徑的Cerro Tololo Interamerican Observatory Blanco望遠鏡.觀測顯示了一顆可能為天王星衛星的天體存在.這顆天體跨度為7~19公里，軌道半長軸有850萬公里.Matthew J. Holman(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）領導了三位觀測者共同完成了這次發現，這一結果被公布在了 IAU通告 7980.

9.5天衛二十六和天衛二十七

另兩顆天王星衛星由Mark Showalter和Jack Lissauer用哈勃望遠鏡於2003年發現.

它們被臨時編號為S/2003 U 1（Mab）

和S/2003 U 2. （Cupid）

特徵和衛星群

天王星的衛星系統在所有氣體巨行星中是質量最小的一個，5顆最大行星的質量總和也不到海衛一的一半，而海衛一的質量在太陽系所有衛星中也只能排到第7位。天王星最大的衛星是天衛三，半徑約為788.9公里，不到月球的一半，但略大於土星第二大衛星土衛五，因此天衛三也就成為太陽系中的第八大衛星。天王星的質量則相當於其所有衛星總和的1萬倍。

內衛星

截至2013年，天王星已知擁有13顆內衛星，這些衛星的軌道都位於天衛五的內側。所有內衛星都和天王星環有緊密聯繫，這個環本身可能就是由一或多個內層衛星的碎片組成。天衛六和天衛七是最靠近天王星的兩顆衛星，並且也是天王星環中ε環的牧羊人衛星，而天衛二十六則是最外側μ環的來源。

天衛十五的直徑有162公里，是天王星最大的內衛星，也是唯一一個由旅行者2號拍下清晰照片的內衛星。天衛十五和天衛二十六是距離天王星最遠的內衛星。所有的內衛星都是暗天體，其幾何反照率不超過10%。這些衛星是由沾染有黑暗物質的冰組成，這些黑暗物質有可能是經受過輻射的有機物。

質量較小的內衛星之間經常會出現攝動，整個衛星系統情況混亂，並且顯然很不穩定。模擬結果表明，這些衛星可能會因彼此間的攝動引起軌道交叉，最終導致衛星相撞。未來1億年內，天衛十有可能會與天衛九或天衛十一相撞。

天王星最大的5顆衛星尺寸和亮度的對比，從左至右（按與天王星的距離從近到遠排列）分別為：天衛五、天衛一、天衛二、天衛三和天衛四

主群衛星

天王星擁有5顆主群衛星，按與天王星的距離從近到遠排列分別是：天衛五、天衛一、天衛二、天衛三和天衛四。其中天衛五直徑最小，為472千米，天衛三最大，有1578公里。這5顆衛星相對而言都是暗天體，其幾何反照率範圍在30%至50%之間，而球面反照率則在10%到23%之間。天衛二是其中最黑暗的一顆衛星，天衛一則是最亮的一顆。5顆衛星的質量中也是天衛五最小，為6.7×10千克，天衛三則以3.5×10千克再度領跑，作為參照，月亮的質量約為7.5×10千克。現代科學對於天王星五大主群衛星的形成有兩種不同看法，一種是在吸積盤中形成，這個吸積盤形成後還在天王星周圍存在了一段時間；另一種可能則是天王星存在早期受到過強烈的衝撞，進而形成了這5顆衛星。

天王星某一顆主群衛星夏季天空中太陽移動的路徑藝術想像圖，假設這顆衛星與天王星的軸線傾角一致。

天衛五主要由冰構成，另外4顆主群衛星中的岩石和冰含量基本相同。凍的成分有可能包括氨和二氧化碳。所有主群衛星的表面都布滿了隕石坑，並且除天衛二以外的4顆衛星都表現出因內部力量導致表面地形重塑的跡象，例如天衛五的表面就存在卵形的冕狀物結構。這些冕狀物很可能是因地表以下的熱物質上涌而形成。天衛一表面的隕石坑最少，看起來最為年輕，天衛二上的隕石坑最多。天衛五和天衛二之間存在3:1的軌道共振，天衛一和天衛三之間也有4:1的軌道共振，科學家估計正是這些共振導致天衛五和天衛一的熱活動頻繁，進而產生大量內源性地質活動。天衛五距離天王星的距離非常近，但其軌道傾角卻異常之高，有4.34°，這有可能正是因過去存在的軌道共振導致。天王星最大的衛星內部可能存在差異，其核心可能是由岩石構成，周圍由冰質地幔環繞。天衛三和天衛四的核心和地幔邊界處可能存在液態水構成的海洋。天王星的主群衛星都是沒有空氣的天體，例如天衛三所擁有的大氣層氣壓就不超過10至20納巴。

天王星五大主群衛星的運行軌道（綠色）

天王星及其主群衛星夏至時（指相應星球上的夏至日）太陽在天空中的移動路徑與太陽系內其他大部分行星和衛星存在很大不同。主群衛星的轉軸傾角幾乎和天王星完全相同。太陽將在天空中以圓形路徑圍繞天王星的天級移動，最近時距天極的位置還差7度。接近赤道時，太陽的位置近於正北或正南（視季節而定）。如果所處位置緯度高於7°，那么太陽將在天空中以直徑接近15度的圓形軌跡移動，並且永遠都不會出現日落。

上圖描述的是海王星不規則衛星的軌道。黃色線條是近心點到遠心點的位置和距離，線條與Y軸的傾角代表軌道離心率。X軸上方是順行衛星，下方是逆行衛星，其上的數字單位是Gm，其下的百分數則是占希爾球半徑的比例。

不規則衛星

天王星已知擁有9顆不規則衛星，這些衛星距行星的距離要遠大於天衛四。所有的不規則衛星都很可能是在天王星形成後不久捕獲的天體。左側的圖表標明了已發現不規則衛星的軌道。X軸上方是順行衛星，下方是逆行衛星。天王星的希爾球約為7300萬千米。

天王星的不規則衛星中最小的是天衛二十一，直徑僅18千米，最大的天衛十七則有150千米。與木星的不規則衛星不同，天王星不規則衛星的自轉軸線和軌道傾角之間沒有關聯。這些逆行衛星可以根據自轉軸或軌道離心率分成兩組。比較接近天王星的一組（a<0.15r_H）分別是天衛二十二、天衛十六、天衛二十和天衛二十一，其軌道離心率約在中等水平（約為0.2）。另一組距天王星距離更遠（a>0.15r_H），軌道離心率也更大（約0.5），分別是天衛十七、天衛十八、天衛十九和天衛二十四。

由於古在機制的影響，60°到140°的中等軌道傾角範圍內沒有已知衛星的存在。在這個不穩定的區域裡，衛星到達遠心點時會受太陽攝動的影響形成離心率很大的軌道，導致同其它衛星相撞或是被拋出天王星系。這個區域內如果存在衛星，其壽命大概會在1千萬至10億年之間。

天衛二十三是天王星已知的唯一一顆不規則順行衛星，目前這顆衛星的軌道離心率之高超過太陽系的其它任何衛星，不過海王星的衛星海衛二擁有更高的平均軌道離心率。2008年時，天衛二十三的軌道離心率為0.7979。

天王星衛星列表

圖例

內衛星

主群衛星

不規則衛星（逆行）

不規則衛星（順行）

以下列表中列出了天王星的所有已知衛星，默認按軌道周期從短到長排列。所有質量大到其表面足以坍縮形成類球面的衛星會以淺藍背景色標出，並且其名稱會用加粗字型顯示。逆行不規則衛星則用以深灰色顯示。天衛二十三是天王星已知唯一擁有順行軌道的不規則衛星中，在下表中以淺灰色顯示。

天王星的衛星

順序	發現順序	名稱	原名; （發音）	尺寸; （km）	質量; （×10kg）	半長軸; （km）	軌道周期; （天）	軌道傾角; （°）	離心率	發現年份	發現者
1	VI	天衛六	Cordelia（英語發音：/kɔrˈdiːliə/）	40 ± 6; (50 × 36)	0.044	49,770	0.335034	0.08479°	0.00026	1986	特里爾; （旅行者2號）
2	VII	天衛七	Ophelia（英語發音：/ɵˈfiːliə/）	43 ± 8; (54 × 38)	0.053	53,790	0.376400	0.1036°	0.00992	1986	特里爾; （旅行者2號）
3	VIII	天衛八	Bianca（英語發音：/biˈɑːŋkə/）	51 ± 4; (64 × 46)	0.092	59,170	0.434579	0.193°	0.00092	1986	史密斯; （旅行者2號）
4	IX	天衛九	Cressida（英語發音：/ˈkrɛsɨdə/）	80 ± 4; (92 × 74)	0.34	61,780	0.463570	0.006°	0.00036	1986	賽諾特; （旅行者2號）
5	X	天衛十	Desdemona（英語發音：/ˌdɛzdɨˈmoʊnə/）	64 ± 8; (90 × 54)	0.18	62,680	0.473650	0.11125°	0.00013	1986	賽諾特; （旅行者2號）
6	XI	天衛十一	Juliet（英語發音：/ˈdʒuːliət/）	94 ± 8; (150 × 74)	0.56	64,350	0.493065	0.065°	0.00066	1986	賽諾特; （旅行者2號）
7	XII	天衛十二	Portia（英語發音：/ˈpɔrʃə/）	135 ± 8; (156 × 126)	1.70	66,090	0.513196	0.059°	0.00005	1986	賽諾特; （旅行者2號）
8	XIII	天衛十三	Rosalind（英語發音：/ˈrɒzəlɨnd/）	72 ± 12	0.25	69,940	0.558460	0.279°	0.00011	1986	賽諾特; （旅行者2號）
9	XXVII	天衛二十七	Cupid（英語發音：/ˈkjuːpɨd/）	≈ 18	0.0038	74,800	0.618	0.1°	0.0013	2003	肖沃爾特和; 利斯奧爾
10	XIV	天衛十四	Belinda（英語發音：/bɨˈlɪndə/）	90 ± 16; (128 × 64)	0.49	75,260	0.623527	0.031°	0.00007	1986	賽諾特; （旅行者2號）
11	XXV	天衛二十五	Perdita（英語發音：/ˈpɜrdɨtə/）	30 ± 6	0.018	76,400	0.638	0.0°	0.0012	1999	卡考斯卡; (旅行者2號)
12	XV	天衛十五	Puck（英語發音：/ˈpʌk/）	162 ± 4	2.90	86,010	0.761833	0.3192°	0.00012	1985	賽諾特; （旅行者2號）
13	XXVI	天衛二十六	Mab（英語發音：/ˈmæb/）	≈ 25	0.01	97,700	0.923	0.1335°	0.0025	2003	肖沃爾特和; 利斯奧爾
14	V	天衛五	Miranda（英語發音：/mɨˈrændə/）	471.6 ± 1.4; (481 × 468 × 466)	65.9±7.5	129,390	1.413479	4.232°	0.0013	1948	柯伊伯
15	I	天衛一	Ariel（英語發音：/ˈɛəriəl/）	1,157.8±1.2; (1162 × 1156 × 1155)	1,353±120	191,020	2.520379	0.260°	0.0012	1851	拉塞爾
16	II	天衛二	Umbriel（英語發音：/ˈʌmbriəl/）	1,169.4±5.6	1,172±135	266,300	4.144177	0.205°	0.0039	1851	拉塞爾
17	III	天衛三	Titania（英語發音：/tɨˈtɑːnjə/）	1,576.8±1.2	3,527±90	435,910	8.705872	0.340°	0.0011	1787	赫歇爾
18	IV	天衛四	Oberon（英語發音：/ˈoʊbərɒn/）	1,522.8±5.2	3,014±75	583,520	13.463239	0.058°	0.0014	1787	赫歇爾
19	XXII	天衛二十二	Francisco（英語發音：/frænˈsɪskoʊ/）	≈ 22	0.0072	4,276,000	−266.56	147.459°	0.1459	2003	霍爾曼等人
20	XVI	天衛十六	Caliban（英語發音：/ˈkælɨbæn/）	≈ 72	0.25	7,230,000	−579.50	139.885°	0.1587	1997	格萊德曼等人
21	XX	天衛二十	Stephano（英語發音：/ˈstɛfənoʊ/）	≈ 32	0.022	8,002,000	−676.50	141.873°	0.2292	1999	格萊德曼等人
22	XXI	天衛二十一	Trinculo（英語發音：/ˈtrɪŋkjʊloʊ/）	≈ 18	0.0039	8,571,000	−758.10	166.252°	0.2200	2001	霍爾曼等人
23	XVII	天衛十七	Sycorax（英語發音：/ˈsɪkəræks/）	≈ 150	2.30	12,179,000	−1283.4	152.456°	0.5224	1997	尼科爾森等人
24	XXIII	天衛二十三	Margaret（英語發音：/ˈmɑrɡərɨt/）	≈ 20	0.0054	14,345,000	1694.8	51.455°	0.6608	2003	謝潑德和; 朱維特
25	XVIII	天衛十八	Prospero（英語發音：/ˈprɒspəroʊ/）	≈ 50	0.085	16,418,000	−1992.8	146.017°	0.4448	1999	霍爾曼等人
26	XIX	天衛十九	Setebos（英語發音：/ˈsɛtɨbʌs/）	≈ 48	0.075	17,459,000	−2202.3	145.883°	0.5914	1999	卡沃拉爾斯等人
27	XXIV	天衛二十四	Ferdinand（英語發音：/ˈfɜrdɨnænd/）	≈ 20	0.0054	20,900,000	−2823.4	167.346°	0.3682	2003	霍爾曼等人