✨Sao Thiên Vương

Sao Thiên Vương (tiếng Anh: Uranus) hay Thiên Vương Tinh (chữ Hán: 天王星) là hành tinh thứ bảy tính từ Mặt Trời, là hành tinh có bán kính lớn thứ ba và có khối lượng lớn thứ tư trong Hệ Mặt Trời. Sao Thiên Vương có thành phần tương tự như Sao Hải Vương. Cả hai có thành phần hóa học khác so với hai hành tinh khí khổng lồ lớn hơn là Sao Mộc và Sao Thổ. Vì vậy, các nhà thiên văn thỉnh thoảng đưa các hành tinh này vào danh sách "hành tinh băng khổng lồ". Khí quyển của Sao Thiên Vương tương tự như của Sao Mộc và Sao Thổ về thành phần cơ bản như hiđrô và heli. Khác là chúng chứa nhiều hợp chất dễ bay hơi như nước, amonia và methan cùng với lượng nhỏ hydrocarbon. William Herschel đã phát hiện ra hành tinh này (lúc đầu ông nghĩ là sao chổi) vào ngày 13 tháng 3 năm 1781, mở rộng hiểu biết của con người ra những vùng xa xôi của Hệ Mặt Trời lần đầu tiên trong lịch sử thiên văn. Sao Thiên Vương cũng là hành tinh đầu tiên được phát hiện bằng kính thiên văn.

Phát hiện

Một số nhà lịch sử khoa học cho rằng Sao Thiên Vương có thể đã từng được nhìn thấy bởi vài người trước khi nó được phát hiện là một hành tinh, nhưng người ta đã coi là một ngôi sao. Ghi chép sớm nhất về việc quan sát thấy nó đó là năm 1690 khi John Flamsteed đã nhìn thấy hành tinh này ít nhất sáu lần, và ông gọi nó là 34 Tauri. Nhà thiên văn Pierre Lemonnier đã quan sát thấy Sao Thiên Vương ít nhất 12 lần từ 1750 đến 1769, bao gồm trong bốn đêm liên tiếp.

William Herschel quan sát thấy hành tinh này vào đêm 13 tháng 3 năm 1781 khi đang ở vườn nhà của ông tại số 19 đường New King ở thị trấn Bath, Somerset, Vương quốc Anh (bây giờ là Bảo tàng thiên văn học Herschel), mặc dù thoạt đầu ông thông báo (ngày 26 tháng 4 năm 1781) đó là một "sao chổi". Herschel "say mê thực hiện một loạt các quan sát về thị sai của những ngôi sao cố định", bằng một kính thiên văn do ông tự thiết kế.

Ông ghi lại trong tạp chí là "Trong điểm tứ phân vị gần sao ζ Tauri (Thiên Quan)... hoặc là một Ngôi sao mờ hoặc có lẽ là một sao chổi". Ngày 17 tháng 3, ông đã viết, "Tôi lại nhìn vào Sao chổi hoặc một Ngôi sao mờ và thấy rằng nó phải là Sao chổi, bởi vì nó đã thay đổi vị trí". Khi ông trình bày khám phá của mình tại Hội Hoàng gia, ông tiếp tục nói đó là một sao chổi trong khi cũng ngầm ý nói đó là một hành tinh:

upright|nhỏ|Bản sao của kính thiên văn mà Herschel sử dụng để khám phá ra Sao Thiên Vương ([[Bảo tàng William Herschel, Bath)]]

Herschel thông báo cho Nhà thiên văn Hoàng gia, Nevil Maskelyne, về khám phá của ông và nhận được thư phúc đáp một cách bối rối từ ông ngày 23 tháng 4: "Tôi không biết phải gọi nó là gì. Nó giống như một hành tinh bình thường chuyển động trên quỹ đạo gần tròn quanh Mặt Trời trong khi sao chổi lại di chuyển trên quỹ đạo có độ lệch tâm lớn. Tôi vẫn chưa nhìn thấy đầu hay đuôi của nó (sao chổi)".

Trong khi Herschel tiếp tục miêu tả một cách thận trọng vật thể ông mới phát hiện là sao chổi, những nhà thiên văn khác đã bắt đầu nghĩ theo cách khác. Nhà thiên văn Anders Johan Lexell là người đầu tiên tính ra quỹ đạo của thiên thể mới này Bode cũng kết luận rằng quỹ đạo gần tròn của nó khiến nó là hành tinh hơn là một sao chổi.

Vật thể mới này sớm được chấp nhận rộng rãi là một hành tinh mới. Cho đến 1783, Herschel đã tự tiếp nhận khẳng định này khi chủ tịch Hội Hoàng gia Joseph Banks nói: "Theo khám phá của nhà thiên văn học hàng đầu châu Âu thì nó hiện lên như là một ngôi sao mới, mà tôi có vinh dự được công bố vào tháng 3 năm 1781, ngôi sao mới đó là một Hành tinh Chính trong Hệ Mặt Trời của chúng ta." Đáp lại thỉnh cầu của Maskelyne, Herschel quyết định đặt tên cho thiên thể này là Georgium Sidus (Ngôi sao George), hoặc "Hành tinh George" để vinh danh người bảo trợ mới của ông, vua George III. Ông giải thích quyết định này trong một lá thư gửi Joseph Banks: Năm 1789, một người bạn cùng Viện hàn lâm của Bode là Martin Klaproth đã đặt tên cho nguyên tố ông mới phát hiện ra là "urani" nhằm ủng hộ lựa chọn của Bode. Cuối cùng, đề xuất của Bode đã được sử dụng rộng rãi, và được chính thức công nhận năm 1850 khi Cơ quan Niên giám Hàng hải HM, chuyển cách sử dụng từ tên gọi Georgium Sidus thành Uranus. Trong tiếng Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, và tiếng Việt, tên gọi của hành tinh thường dịch thành Thiên Vương Tinh (天王星).

Quỹ đạo và sự tự quay

nhỏ|Các mùa của Sao Thiên Vương.nhỏ|Ảnh màu giả cho thấy các dải mây, [[vành đai hành tinh|vành đai, và vệ tinh chụp bởi Hubble qua camera NICMOS ở bước sóng gần hồng ngoại năm 1998.]] nhỏ|Quỹ đạo hệ thống của sao Thiên Vương Chu kỳ quỹ đạo của Sao Thiên Vương bằng 84 năm Trái Đất, và trung bình phải mất 7 năm để hành tinh đi qua hết một chòm sao trong hoàng đạo. Khoảng cách trung bình từ hành tinh đến Mặt Trời xấp xỉ 3 tỷ km (khoảng 20 AU). Sự chênh lệch giữa khoảng cách tối thiểu và khoảng cách tối đa của Sao Thiên Vương so với Mặt Trời là 1,8 AU, lớn hơn bất kỳ hành tinh nào khác nhưng không lớn bằng hành tinh lùn Sao Diêm Vương. Cường độ ánh sáng Mặt Trời chiếu lên Sao Thiên Vương bằng 1/400 so với trên Trái Đất. Các tham số quỹ đạo của hành tinh lần đầu tiên được tính ra bởi Pierre-Simon Laplace năm 1783.

Chu kỳ tự quay của phần cấu trúc bên trong Sao Thiên Vương bằng 17 giờ 14 phút, theo chiều kim đồng hồ (nghịch hành). Giống như trên mọi hành tinh khí khổng lồ, bên trên khí quyển hành tinh có những cơn gió rất mạnh thổi theo hướng tự quay của nó. Ở một số vĩ độ, như khoảng hai phần ba tính từ xích đạo đến cực nam, các đặc điểm nhìn thấy trên khí quyển chuyển động nhanh hơn, với chu kỳ quay ít hơn 14 giờ.

Độ nghiêng trục quay

Sao Thiên Vương có độ nghiêng trục quay bằng 97,77 độ, cho nên trục quay của nó gần song song với mặt phẳng quỹ đạo trong Hệ Mặt Trời. Nguyên nhân này làm cho sự thay đổi theo mùa hoàn toàn khác hẳn so với những hành tinh còn lại. Các hành tinh khác có thể hình dung như một con quay quay trên mặt phẳng trong Hệ Mặt Trời, trong khi Sao Thiên Vương có thể hình dung như là một bánh xe lăn trên quỹ đạo của nó. Gần khoảng thời gian của điểm chí Sao Thiên Vương, một cực của hành tinh hướng về phía Mặt Trời trong khi cực kia hướng theo hướng ngược lại. Chỉ có một vùng rất hẹp quanh xích đạo của nó là trải qua sự biến đổi chu kỳ ngày - đêm rất nhanh, nhưng với Mặt Trời ở bên dưới rất thấp chân trời như đối với các vùng cực trên Trái Đất. Ở nửa còn lại của quỹ đạo, hướng của hai cực thay đổi cho nhau. Mỗi cực được Mặt Trời chiếu sáng liên tục trong 42 năm, sau đó là 42 năm liên tục trong bóng tối. Gần thời gian của điểm phân, Mặt Trời chiếu thẳng vào vùng xích đạo của Sao Thiên Vương và nó có chu kỳ ngày đêm giống như ở trên các hành tinh khác., Sao Thiên Vương đến điểm phân lần gần đây nhất là ngày 7 tháng 12 năm 2007. Khi con tàu Voyager 2 bay qua Sao Thiên Vương năm 1986, cực nam của hành tinh đang hướng trực tiếp về phía Mặt Trời. Các nhà thiên văn học đã định nghĩa cực này là "cực nam" của hành tinh dựa theo định nghĩa trong một hội nghị của Hiệp hội Thiên văn Quốc tế, rằng cực bắc của một hành tinh hay vệ tinh tự nhiên sẽ là cực chỉ về phía mặt phẳng bất biến của Hệ Mặt Trời (mặt phẳng đi qua khối tâm của Hệ Mặt Trời và vuông góc với vectơ mô men động lượng), bất kể hướng tự quay của hành tinh hay vệ tinh là như thế nào. Một cách thuận tiện khác đôi khi sử dụng để định nghĩa cực bắc hay cực nam của vật thể đó là áp dụng quy tắc bàn tay phải trong liên hệ với hướng tự quay của vật thể/hành tinh. Theo cách sử dụng quy tắc này thì "cực bắc" của Sao Thiên Vương đang được chiếu sáng vào năm 1986 (ngày nay quy tắc này không áp dụng nữa)

Quan sát

Từ năm 1995 đến 2006, cấp sao biểu kiến của Sao Thiên Vương thay đổi trong khoảng +5,6 và +5,9, và nằm trong giới hạn cho phép quan sát bằng mắt thường với cấp sao +6,5.

Cấu trúc bên trong

nhỏ|220 px|So sánh kích cỡ giữa Trái Đất và Sao Thiên Vương. [[Tập tin:Uranus-intern-en.png|nhỏ|Minh họa cấu trúc bên trong hành tinh.
Chú thích từ trên xuống dưới:
1. Khí quyển bên ngoài, tầng mây trên
2. Khí quyển (bao gồm: khí hydro, khí heli, khí methane)
3. Mantle (bao gồm: nước, amonia, băng methane)
4. Lõi (bao gồm: silicat/đá Fe-Ni)]]

Khối lượng của Sao Thiên Vương lớn hơn của Trái Đất gần 14,5 lần, và là hành tinh khí khổng lồ nhẹ nhất. Đường kính của nó hơi lớn hơn Sao Hải Vương khoảng 4 lần đường kính Trái Đất. Khối lượng riêng trung bình của nó bằng 1,27 g/cm³ và là hành tinh có mật độ trung bình nhỏ thứ hai, chỉ lớn hơn của Sao Thổ.

Tuy mô hình miêu tả ở trên có thể là tiêu chuẩn, nó không phải là duy nhất; có những mô hình khác cũng phù hợp với quan sát. Ví dụ, nếu lượng lớn hiđrô và vật liệu đá trộn lẫn vào lớp phủ băng, tổng khối lượng của phần băng bên trong sẽ thấp hơn, và tương ứng tổng khối lượng đá và hiđrô sẽ cao hơn. Những dữ liệu hiện tại không cho phép khoa học xác định được mô hình cấu trúc hành tinh nào là đúng. Một giả thuyết khác đó là có một lớp ngăn chặn nội nhiệt phát vào không gian tồn tại trong tầng thượng quyển Sao Thiên Vương. Hệ thống vành đai được chính thức phát hiện vào ngày 10 tháng 3 năm 1977 bởi James L. Elliot, Edward W. Dunham, và Douglas J. Mink sử dụng Đài quan sát Kuiper đặt trên máy bay. Phát hiện này là tình cờ; do mục đích ban đầu của họ là dựa vào sự kiện Sao Thiên Vương che khuất ngôi sao SAO 158687 nhằm nghiên cứu khí quyển hành tinh này. Khi họ phân tích kết quả quan sát, họ thấy rằng ánh sáng phát ra từ ngôi sao bị che lại trong thời gian ngắn cách quãng 5 lần trước và sau khi hành tinh che khuất ngôi sao. Các nhà thiên văn đã kết luận rằng phải có một hệ thống vành đai hành tinh xung quanh Sao Thiên Vương. Tháng 4 năm 2006, kính thiên văn Keck chụp ảnh những vành đai mới và thu được vành xa nhất có màu xanh lam trong khi vành còn lại có màu đỏ. Các nhà khoa học nêu giả thuyết giải thích màu sắc của chúng đó là vành ngoài cùng có màu lục lam là do nó chứa những hạt bụi rất nhỏ của băng nước phát ra từ bề mặt của vệ tinh Mab, chúng đủ nhỏ để tán xạ ánh sáng với bước sóng xanh. Ngược lại, những vành đai phía trong lại có màu xám và tối. Nếu trái đất có một từ trường như vậy, 2 cực sẽ nằm ở Cairo (Ai Cập) hoặc Brisbane (Australia).

Mặc dù có sự lệch kỳ lạ như vậy, những đặc điểm khác của từ quyển cũng giống như đối với các hành tinh khác: nó có một vùng sốc hình cung (bow shock) nằm phía trước Sao Thiên Vương ở khoảng cách 23 lần bán kính hành tinh, vùng tiếp giáp giữa từ quyển và gió Mặt Trời (magnetopause) nằm ở khoảng cách 18 lần bán kính Sao Thiên Vương, hành tinh cũng có đuôi từ (magnetotail) đầy đủ và vành đai bức xạ.

Trong từ quyển Sao Thiên Vương có các hạt tích điện: proton và electron với một lượng nhỏ ion H₂⁺. Các quan sát cũng ghi nhận kỷ lục mới về tốc độ gió cỡ 229 m/s (824 km/h) và một cơn giông tồn tại lâu mà các nhà khoa học gọi là "Pháo hoa ngày 4 tháng 7". Tên gọi của những vệ tinh được chọn theo tên của các nhân vật trong các tác phẩm của danh hào Shakespeare và Alexander Pope. Vệ tinh Ariel cũng có khả năng từng có quỹ đạo cộng hưởng 4:1 với vệ tinh Titania. Crantor hiện tại trên một quỹ đạo tạm thời hình móng ngựa trong vùng đồng quỹ đạo với Sao Thiên Vương. có thể sẽ là một vật thể thứ hai tương tự trên quỹ đạo hình móng ngựa đi theo hành tinh này. Voyager 2 cũng mang theo thiết bị nghiên cứu từ trường hành tinh, cấu trúc bất thường của nó, độ nghiêng trục quay và đuôi từ xoắn ốc của Sao Thiên Vương. Thiết bị thả xuống khí quyển Sao Thiên Vương có thể sử dụng kiểu thiết kế của thiết bị "Pioneer Venus Multiprobe" và thả rơi 1 đến 5 thiết bị vào khí quyển hành tinh này. Một tàu quỹ đạo "New Frontiers Uranus Orbiter" đã được nêu ra và khuyến nghị trong chương trình nghiên cứu, The Case for a Uranus Orbiter.

Nguyên tố hóa học urani, do nhà hóa lý người Đức Martin Heinrich Klaproth phát hiện năm 1789, được ông đặt tên này nhằm ủng hộ cho tên gọi trong thời gian hành tinh này mới được phát hiện. Uranus, the Magician là một chương trong bản nhạc thính phòng The Planets của nhạc sĩ Gustav Holst, viết trong giai đoạn 1914 và 1916. Chiến dịch Sao Thiên Vương là một chiến dịch quân sự trong Chiến tranh thế giới lần II do Hồng quân Liên Xô tổ chức tấn công nhằm bảo vệ thành phố Stalingrad và đánh dấu bước ngoặt trong chiến tranh vệ quốc chống lại quân đội Wehrmacht.

Dòng thơ, Then felt I like some watcher of the skies/When a new planet swims into his ken, trong bài thơ On First Looking Into Chapman's Homer của nhà thơ người Anh John Keats chính là nhắc về khám phá của Herschel về Sao Thiên Vương.

Tên tiếng Anh Uranus cũng thường sử dụng như một câu nói đùa trong cách phát âm thông tục của từ này. Tuy nhiên, cách nói đùa này không phản ánh tính ưu tiên trong sự phát âm của các nhà thiên văn học, mà là "you-ranus", với trọng âm rơi vào âm tiết thứ nhất.