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天王星探測，至今人類對天王星的探測只有透過望遠鏡和 NASA 所發射，於1986年1月24日最接近天王星的旅行者2號空間探測器。旅行者2號發現了天王星的10顆衛星，並探測了天王星的寒冷大氣層和環，同時發現了2圈新的光環。旅行者2號還對天王星的5顆最大的衛星表面拍攝，並發現這些衛星的表面有許多撞擊坑和峽谷。

目前已有數個專門對天王星探測任務的方案被提出，但直到2012年仍無任一方案被正式批准。

旅行者2號

旅行者2號是第一個，也是至今唯一一個探測過天王星的空間探測器（它的姊妹船旅行者1號探測外行星只到土星和土衛六為止）。旅行者2號於1986年1月24日距離天王星最近，和天王星的雲層頂部距離81500公里。

天王星是太陽系第三大行星，距離太陽約26億公里，公轉周期84年，自轉周期由旅行者2號測量的結果是17小時14分。天王星的特點是它的自轉向一側傾斜。這個不尋常的狀況被認為是在太陽系早期歷史中曾受到行星體積的物體撞擊。因為這特殊的狀況，使天王星的極點長期受到日照或長期在夜晚中，科學家一開始並不確定在天王星能發現什麼狀況。

在旅行者2號以前並不知道天王星磁場的存在。天王星磁場強度和地球相當，但不同位置的變化較大，這是因為天王星磁場位置大幅偏離天王星的幾何中心。天王星磁場的特殊方向顯示磁場是因為天王星內部中間的水所受壓力相當大，使水成為導體而產生。

旅行者2號發現天王星自轉軸方向造成最明顯的影響是磁場的磁尾和自轉軸夾角達到60度。磁尾被扭轉到天王星背對太陽的一方，形狀像是拔瓶塞的長螺旋杆。

天王星的輻射帶強度與土星相當。帶內的輻射強度會使封存在冰衛星或環內粒子表面的甲烷在10萬年內變暗，這也許是天王星衛星和環內粒子表面變暗，且幾乎是一致的灰色的原因。

在天王星受到太陽光照射的磁極處發現了位於大氣層高層的霾層，並且有大量紫外線輻射，這種現象稱為「電子輝光」。天王星大氣層的平均溫度大約是59K。令人驚訝的是，天王星不論是白晝或夜間的極區，以及天王星表面大部分地區在雲層頂部的溫度幾乎都相同。

旅行者2號發現了10顆衛星，使當時天王星衛星總數達到15顆。旅行者2號發現的衛星大多都是小衛星，最大者直徑約150公里。

天王星五顆大衛星中，距離天王星最近的天衛五是至今太陽系中最特殊的天體之一。旅行者2號飛掠時拍攝的高解析影像中顯示天衛五表面有稱為「冕狀物」的巨大卵形結構，而這些卵狀物側面是和斷層懸崖相接，最深者可達到10公里。另外在天衛五上也發現了階地和古老與年輕區域交錯存在的狀況。有理論認為天衛五可能是某顆衛星在猛烈撞擊中解體後的物質重新組合形成的。

天王星最大的五顆衛星看起來像是水和岩石混合的物質形成的，與土星的衛星相似。天衛三的表面有明顯的巨大斷層系統和峽谷，代表天衛三早期有一定程度的地質甚至是板塊活動。天衛一擁有所有天王星衛星中最明亮的，可能也最年輕的表面。天衛一的表面看似曾經歷過一定成度的地質活動，造成許多斷層谷地和冰等物質因為擴張而流動的跡象。天衛二和天衛四的表面相當古老且黑暗，因此這兩顆衛星被認為極少地質活動。

旅行者2號探測前就已被觀測到的天王星環中9個光環都被探測過，並發現天王星環和木星與土星環有明顯不同。天王星環可能相對年輕，並且形成的時間和天王星不同。這些環可能是由因為高速撞擊或潮汐力碎裂的衛星的碎片形成。旅行者2號還發現了2圈新的光環。

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