不墨迹了，一鼓作气把宇宙之旅系列节目搞完得了。天王星这哥们还是挺特殊的，虽然它的表层也都是气态，但和木星、土星相比，天王星还是有着显著的不同。前者基本是由氢和氦这两种元素构成，但是天王星除了有氢和氦，还包含大量更重的元素，像是碳、氮、氧、硫。这些元素合成的很多化合物，都是以固态形式存在的，所以天文学家就给天王星设立了一个新的分类——冰巨星。而在天王星的诸多特征中，最奇特的就是它的自转和磁场。
和其他所有行星截然不同，天王星自转轴的方向几乎和它的公转轨道平面平行，也就是说天王星是在自己的公转轨道上躺着打滚。关于这种现象，目前最流行的理论认为，它是被一颗巨大的小行星或彗星给撞歪了。自转的情况只能说特殊，磁场那就是相当诡异了。我们知道地球的自转轴和磁轴并不重合，两者之间存在着一个大约11°的夹角。也不只是地球，太阳系中的其他行星，不论磁场是大是小，它们的自转轴和磁轴之间的夹角，也都是十几度，另外自转轴和磁轴的交点，也都是行星的正中心。但天王星偏要搞特殊，它的自转轴和磁轴之间的夹角，达到了惊人的59°。不仅如此，天王星的自转轴和磁轴的交点，并没有位于天王星这个球体的正中心，它和正中心的距离，约为天王星半径的1/3。
天王星的自转与公转
地球的自转轴与磁轴
木星的自转轴与磁轴
天王星的自转轴与磁轴
天王星为什么会有着如此诡异的磁场？为了回答这个问题，首先就要搞清楚行星的磁场是如何产生的。1946年，为了解释行星磁场的起源，德裔美籍物理学家沃尔特•埃尔泽塞尔提出了所谓的发电机理论。发电机的底层原理我们都很清楚，就是法拉第电磁感应定律，简单说就是八个字：动电生磁、动磁生电。现在请看这张图，这就是发电机的基本构造，中间的那个线圈叫转子，和ABC三个接口相连的线圈是定子。首先通过E和F两个接口给转子供电，那么运动的电流就会让转子产生感应磁场。接下来借助其他形式的能量，比如说水能、风能或是化学能，让转子不断旋转，然后定子就会产生感应电流。这个新产生的感应电流要比为转子供电的电流大很多倍，那是不知道大到哪里去了。也就是说发电机的本质，就是利用法拉第电磁感应定律，实现电流的放大。
这是发电机发电，而行星产生磁场，情况正好相反，它是利用法拉第电磁感应定律，来实现磁场的放大。所以埃尔泽塞尔指出，一个天体要想产生强大的磁场，必须同时满足三个条件：首先它要不断地自转，其次它内部要有可以导电的液体，最后它要有内部能量源，来驱动液体的对流运动。很明显这三个条件，地球全都满足。地球稳定的自转满足了条件一，地球中心存在着一个半径约为3400千米的铁核，其内层为固态，而外层为液态，外层的液态铁可以导电，这就满足了条件二。另外地球内核的温度约为6000℃，而铁核边缘的温度只剩3500℃，这个温度就驱动了液态铁的对流，所以满足了条件三。如果地球内部一开始就有一个微弱的种子磁场，它就会在地球自转的带动下产生感应电场，这个感应电场会由于液态铁的对流运动，激发出感应磁场，也和发电机的情况类似，被激发出感应磁场要比种子磁场不知道大到哪里去了，这就是地球磁场的起源。
那我们再看天王星的情况，既然天王星存在磁场，这就说明它也满足刚才那三个条件，可为什么它的磁轴跑偏那么多呢？答案非常简单，就是天王星内部导电液体的分布，和地球有着很大的差异。地球内部的液态铁，它的分布是均匀的、是球对称的，所以地球自转轴和磁轴的方向，才会相差不大，而且两者的交点也会位于地球的中心。但是对于天王星来讲，它内部导电液体的分布是不均匀的、非对称的，这就导致天王星自转轴和磁轴的方向，出现了很大的差异，而且两者的交点也显著地偏离了天王星的中心。
说完了天王星的磁场，再水一个和天王星卫星有关的小话题。就目前所知，天王星共有27颗卫星，其中五颗有着足够大的质量，从大到小分别是天卫三、天卫四、天卫二、天卫一和天卫五。前四个确实都挺大，所以看起来就是球形，而天卫五就比较小了，灶神星的那期节目我们讲过，比灶神星质量大的天体，都可以达到流体静力学平衡，所以长得就特别圆，而比灶神质量小的天体，就无法达到流体静力学平衡，长不出来球形。但是天卫五是个例外，它的质量只有灶神星的四分之一，但还是长成了球形，为什么会这样？关于这个问题，目前天文学界还存在争议，我个人认为，它长成这个样子，可能就是一个巧合。而且旅行者2号发现，天卫五的地形地貌那叫一个支离破碎，各种平原、山脉和峡谷，全都错综复杂地混合在了一起，这就说明它的内部结构并没有完全松弛到平衡状态。
天王星的前五大卫星
天卫五
当然这种大杂烩地貌的产生，也不只是因为没有达到流体静力学平衡，还有一个很重要的因素，就是我们反复提到的潮汐力。天王星和其他四颗卫星的潮汐力，使得天卫五内部因摩擦而生热，这些能量频繁地以地震或火山爆发的方式，冲破表面冰层，然后就把天卫五变成了现在这个样子。而在这个杂乱无章的冰封世界里，旅行者2号在1986年，还是发现了一个不同寻常的事物，这就是太阳系最高的悬崖——维罗纳断壁。做个对比，地球上最高的悬崖，位于第九高峰南迦•帕尔巴特峰的南面，名叫鲁帕尔岩壁，垂直高度约为4600米，这要是从上面跳下去，肯定是摔得青一块紫一块。但是维罗纳断壁的实际高度，达到了惊人的20000米，两相对比，鲁帕尔岩壁实在是图样了。
南迦•帕尔巴特峰
维罗纳断壁
至于维罗纳断壁到底是怎么形成的，目前还没有定论，有人认为它是源于天卫五自身的造山运动，也有人认为它源于一次剧烈的小行星撞击。由于目前只有旅行者2号造访过天卫五，现有的观测数据还不足以判断哪种理论是正确的。而且到目前为止，世界各国的航天部门都没有制订任何重返天卫五的计划，所以在未来很长一段时间里，这仍将是一个未解之谜，保守估计，100年内这都是未解之谜，毕竟人类现在有着更重要的事情，就是内斗和苟，当然现在的人类可能也没有当年那个水平了。
最后开一个小脑洞，如果从维罗纳断壁跳下去，会是怎样的一种体验？天卫五的重力加速度非常小，只有0.079m/s^2，大约是地球表面重力加速度的 0.8%，根据自由落体公式可以计算出，一个人从维罗纳断壁跳下去，要花费707秒也就是12分钟，才能达到底部，而他落地时的速度会达到56m/s，大概就是时速200公里。这么看的话也是必死无疑了，而且在死之前还要经历12分钟的痛苦煎熬。说不定跳到一半，手机突然来消息了，说大A突然猛涨，这个时候你的速度已经达到了40m/s，想回头怕是也来不及了。
