Uranus

Nomenklatur

Uttalen som er foretrukket blant astronomer er /ˈjʊərənəs/ (IPA), med trykk på den første stavelsen som i latin Ūranus; i motsetning til den daglige /jʊˈreɪnəs/ (IPA), med trykk på den andre stavelsen og en lang a, selv om begge uttalene er akseptable.
Uranus er den eneste planeten som er oppkalt etter en skikkelse fra gresk mytologi, istedenfor romersk mytologi: det greske Οὐρανός ble tatt i bruk i engelsk ved hjelp av det latinske «Ūranus». Adjektivformen på engelsk er «Uranian». Planeten har to astronomiske symboler. Symbolet ♅ ble foreslått av Lalande i 1784 i et brev til Herschel. Han beskrev det som «en globus med den første bokstaven i etternavnet ditt hengende over» (un globe surmonté par la première lettre de votre nom). Symbolet  ble foreslått av Johann Gottfried Köhler og modifisert av Bode, og er en hybrid av symbolene for Mars ♂ og solen ☉. Uranos var himmelen i gresk mytologi, og de fleste på den tiden hadde en tanke om at himmelen ble styrt av de samlede krefter til solen og Mars. I Kina omtales planeten som «himmelens kongestjerne» (kinesisk: 天王星, pinyin: tiānwángxīng, kantonesisk: Tinwongsing). Denne navneformen brukes også i Korea (hangul: 천왕성, revidert romanisering: Chunwangseong), på japansk (Ten'ousei) og vietnamesisk.

Omløp og rotasjon

Omløpstiden rundt solen er på drøyt 84 år. Gjennomsnittlig avstand fra solen er omtrent 3 milliarder km (rundt 20 AU). Sollysets intensitet ved overflaten er ca. 1/400 av den på jorden. Detaljer om planetens omløpsbane ble først kalkulert av Pierre-Simon Laplace i 1783. Med tiden ble uoverensstemmelser oppdaget mellom den forutsatte og observerte banen, og i 1841 foreslo John Couch Adams at forskjellene skyldtes gravitasjonskreftene fra en ukjent planet. For å få en forklaring på dette startet Urbain Le Verrier i 1845 uavhengig forskning rundt Uranus’ omløpsbane og gravitasjonskrefter. 23. september 1846 fant Johann Gottfried Galle planeten Neptun nær det forutsette området til Le Verrier.
Rotasjonsperioden til det indre av Uranus er 17 timer og 14 minutter, mot klokken (retrograd). Som for alle de andre gassplanetene forekommer det også i Uranus' atmosfære svært sterke vinder som går motsatt vei av planetens rotasjon. Ved noen breddegrader, for eksempel ca. to tredjedeler av avstanden fra ekvator til sydpolen, beveger synlige formasjoner i atmosfæren seg mye raskere og fullfører en full rotasjon på så lite som 14 timer.

Synlighet

Mellom 1995 og 2006 varierte Uranus’ tilsynelatende størrelsesklasse mellom +5,6 og +5,9, så den kan så vidt ses med det blotte øye som en svak stjerne når himmelen er særlig mørk. Vinkeldiameteren er mellom 3,4 og 3,7 buesekunder, mens den for Saturn og Jupiter er henholdsvis 16–20 og 32–45 buesekunder. Det er likevel lett å få øye på planeten i mørke uten lysforurensning, også i bystrøk med en liten kikkert. I store amatørteleskoper med objektdiameter mellom 15 og 23 cm ser planeten ut omtrent som en blek, turkis  biljardkule med tydelig formørkning på randen. Selv i teleskoper med objektivdiameter større eller lik 25 cm er ikke detaljer synlige, men skymønstrene og noen av de større månene som for eksempel Titania og Oberon kan være synlige.

Indre struktur

Massen er omtrent 14,5 ganger større enn jordens, og dermed er planeten den minste av gassplanetene. Massetettheten er 1,27 g/cm³ og gjør den til planeten med nest minst massetetthet, etter Saturn. Volumet er 50 ganger jordens, men den lave tettheten gjør at den som solsystemets eneste gasskjempe har en gravitasjon som er mindre enn 1g. Selv om Uranus har en litt større diameter enn Neptun (omtrent fire ganger jordens), er den lettere enn Neptun.
Uranus består hovedsakelig av stein og ulike issorter (gasser med lavt frysepunkt) som vann, ammoniakk og metan. Den totale mengden is utgjør mellom 9,3 og 13,5 jordmasser. Hydrogen og helium utgjør mellom 0,5 og 1,5 jordmasser, mens resten (0,5–3,7 jordmasser) er stein.
Standardmodellen viser en steinete (silikat/jern-nikkel) kjerne i sentrum, en isete mantel i midten og et ytre fylt av hydrogen og helium i gassform. Kjernen er relativt liten med en masse på bare 0,55 jordmasser, med en radius som er over 20 % mindre enn radiusen til selve Uranus; mantelen omfatter hovedmassen med rundt 13,4 jordmasser, mens den øvre atmosfæren er relativt lett med en masse tilsvarende rundt 0,5 jordmasser. Atmosfæren øker radiusen med de siste 20 %.
Tettheten til kjernen er rundt 9 g/cm³, med et trykk i sentrum på 8 millioner bar (800 GPa). Temperaturen i kjernen er omtrent 5000 K (4727 °C). Ismantelen består ikke av is i tradisjonell betydning, men av en varm og tett veske som består av vann, ammoniakk og andre volatiler. Vesken har en høy elektrisk ledningsevne, og blir også kalt et vann–ammoniakk-hav. Sammensetningen til størstedelen av Uranus og Neptun er svært forskjellig fra sammensetningen til Jupiter og Saturn, med is dominerende over gassene. De to førstnevnte blir derfor klassifisert i en egen gruppe, iskjempene. Der kan også finnes et lag av ionisk vann hvor vannmolekylene brytes ned til en suppe av hydrogen- og oksygenioner, og enda dypere et lag av superionisk vann hvor oksygenet krystalliseres og hydrogenionene beveger seg fritt innenfor oksygenskallet.
Andre modeller tilfredsstiller også observasjonene. Hvis betydelige mengder hydrogen og steinmateriale er blandet sammen i ismantelen, vil den totale massen av is i planetens indre være mindre. Dagens tilgjengelige data er ikke tilstrekkelig for å avgjøre hvilken modell som er riktig. Mantelen av veske betyr at Uranus mangler en fast overflate, og at der er en gradvis overgang mellom atmosfæren av gass og de indre væskelagene. En roterende flattrykthet på punktet hvor det atmosfæriske trykket er 1 bar (100 kPa), er for bekvemmelighetens skyld angitt som «overflaten». «Overflaten» har ekvatorial radius lik 25 559 ± 4 km og polradius lik 24 973 ± 20 km, og brukes som et nullpunkt for høyder i denne artikkelen.

Indre varme

Den indre varmen ser ut til å være vesentlig lavere enn hos de andre gassplanetene; i astronomisk terminologi har planeten en lav varmestrøm. Årsakene er ukjente. Neptun som ligner på Uranus i størrelse og kjemisk sammensetning, utstråler 2,61 ganger mer energi enn den mottar fra solen. I den infrarøde delen av det elektromagnetiske spekteret, utstråler Uranus bare 1,06 ± 0,08 ganger den solenergien som blir absorbert i atmosfæren. Varmestrømmen er 0,042 ± 0,047 W/m², som er lavere enn den indre varmestrømmen i jorden (0,075 W/m²). Den laveste registrerte temperaturen i tropopausen er 49 K (−224 °C), og gjør planeten til den kaldeste i solsystemet.
En hypotese er at en kollisjon med et stort himmellegeme, har ført til planetens karakteristiske aksehelning. Kollisjonen førte også til at planeten mistet dens egentlige varme, noe som videre medførte lavere kjernetemperatur. En annen hypotese er at en barriere i de øvre lagene av atmosfæren hindrer varmen fra kjernen i å nå overflaten. For eksempel kan konveksjon i en gruppe av ulike lag (sammensetningsmessig) i ismantelen hindre den oppadgående varmetransporten; det er mulig at dobbel-diffusende konveksjon er en begrensende faktor.

Atmosfære

Uten en veldefinert fast overflate, kalles den ytterste kappen av gass som er tilgjengelig for fjernmåling for atmosfæren. Fjernmålingen strekker seg ned til ca. 300 km under nivået for 1 bar (100 kPa), med et tilsvarende trykk på ca. 100 bar (10 MPa) og temperaturer på 320 K. Den tynne koronaen strekker seg over to planetraider fra den nominelle overflaten ved 1 bar trykk.
Atmosfæren kan deles inn i tre lag: troposfæren – mellom høyder på -300 og 50 km og trykk fra 100–0,1 bar (10 MPa–10 kPa); stratosfæren – som strekker seg over høyder mellom 50 og 4 000 km og trykk mellom 0,1 og 10⁻¹⁰ bar (10 kPa–10 µPa); og termosfæren/korona – som strekker seg fra 4 000 km og helt opp til 50 000 km fra overflaten. Det finnes ingen mesosfære.

Sammensetning

Atmosfæren består hovedsakelig av molekylært hydrogen og helium. Molekylfraksjonen for helium (antall heliumatomer per gassmolekyl) er 0,15 ± 0,03 i den øvre troposfæren, noe som tilsvarer en massefraksjon på 0,26 ± 0,05. Dette er svært nær den protosolare heliummassefraksjonen på 0.275 ± 0.01, og indikerer at helium ikke har slått seg ned rundt kjernen slik det har i de andre gasskjempene. Den tredje vanligste bestanddelen er metan (CH₄), som har prominente absorpsjonsband i det synlige og nær-infrarøde (IR) og gjør at Uranus er cyan i fargen. Etter molfraksjon utgjør metanmolekylene 2,3 % av atmosfæren under skydekket av metan, der hvor trykknivået er 1,3 bar (130 kPa). Dette representerer omtrent 20–30 % av karbonforekomsten på solen.
Blandingsforholdet er mye lavere i den øvre atmosfæren på grunn av den ekstremt lave temperaturen. Temperaturen senker metningsnivået og gjør at overflødig metan fryses ut. Mengden av mindre volatile forbindelser som ammoniakk, vann og hydrogensulfid i den dype atmosfæren er lite kjent, men er trolig høyere enn verdiene for solen. Sammen med metan finnes det også spormengder av ulike hydrokarboner i stratosfæren. De antas å bli produsert gjennom fotolyse av metan, indusert av solens ultrafiolette stråling, og inkluderer etan (C₂H₆), acetylen (C₂H₂), metylacetylen (CH₃C₂) og diacetylen (C₂HC₂). Spektroskopi har også avdekket spor av vanndamp, karbonmonoksid og karbondioksid i den øvre atmosfæren. Dette kan bare komme fra en ekstern kilde som innfallende støv eller kometer.

Troposfære

Troposfæren preges av at temperaturen øker med høyden. Den faller fra ca. 320 K ved bunnen av den nominale troposfæren ved ca. -300 km til 53 K ved ca. 50 km. Temperaturen i den kaldeste øvre regionen av troposfæren (tropopausen) varierer mellom 49–57 K avhengig av breddegraden. Tropopausen står for det meste av planetens termiske infrarøde utstråling, med en effektiv temperatur på 59,1 ± 0,3 K.
I troposfæren antas skyer av vann å ligge i trykkområdet 50–100 bar (5–10 MPa), ammoniumhydrosulfidskyer i området 20–40 bar (2–4 MPa), ammoniakk eller hydrogensulfidskyer mellom 3–10 bar (0,3–1 MPa) og direkte oppdagede tynne metanskyer i området 1–2 bar (0,1–0,2 MPa). Troposfæren er svært dynamisk med sterke vinder, lyse skyer og årtidsmessige endringer som omtales under.

Stratosfæren

I stratosfæren øker temperaturen fra 53 K i tropopausen til mellom 800 og 850 K ved bunnen av termosfæren. Den oppvarmes av absorpsjon av ultrafiolett og infrarød stråling av metan og andre hydrokarboner, som dannes av fotolyse av metan. Varme overføres også fra den varme termosfæren.
Hydrokarbonene okkuperer høyder mellom 100 og 300 km, med et trykkområde på 10–0,1 mbar (1000–10 kPa) og temperaturer mellom 75 og 170 K. De mest vanlige er metan, acetylen og etan med et blandingsforhold på ca. 10⁻⁷ i forhold til hydrogen. Blandingsforholdet til karbonmonoksid er lignende i disse høydene. Tyngre hydrokarboner og karbondioksid har blandingsforhold tre størrelsesklasser lavere. Mengdeforholdet til vann er ca. 7×10⁻⁹. Etan og acetylen kondenserer i den kaldere nedre delen av stratosfæren og tropopausen (under nivået for 100 mBar) og danner lag av dis som kan være delvis ansvarlig Uranus' levende utseende. Konsentrasjonen av hydrokarboner i stratosfæren over disen er betydelig lavere enn i stratosfæren til de andre kjempeplanetene.

Termosfæren og koronaen

Termosfæren og koronaen har en jevn temperatur rundt 800–850 K. Varmekilden er lite forstått, siden hverken fjern eller ekstrem ultrafiolett stråling fra solen eller auroraaktivitet gir nok energi. Den svake kjøleeffekten på grunn av mangelen på hydrokarboner i stratosfæren over 0,1 mBars trykknivå kan også bidra til dette. I tillegg til molekylært hydrogen inneholder termosfære-koronaen mange frie hydrogenatomer. Deres lille masse og den høye temperaturen forklarer hvorfor koronaen strekker seg 50 000 km – eller to ganger radien til Uranus – ut fra planeten.
Den utvidede koronaen er unik for Uranus. Den fører til en luftmotstand for små partikler i bane rundt planetene, og til en generell reduksjon av støv i ringene. Sammen med den øvre delen av stratosfæren går termosfæren over i ionosfæren. Observasjoner viser at ionosfæren okkuperer høyder fra 2 000–10 000 km. Ionosfæren på Uranus er tettere enn både Saturns og Neptuns, som kan oppstå fra den lave konsentrasjonen av hydrokarboner i stratosfæren. Ionosfæren består hovedsakelig av ultrafiolett stråling fra solen og avhenger av solens aktivitet. Polarlysaktiviteten er ubetydelig sammenlignet med Jupiter og Saturn.

Ringer

Ringsystemet til Uranus var det andre som ble oppdaget i solsystemet etter Saturns. Ringene består av ekstremt mørke partikler, som varierer i størrelse fra mikrometer til fraksjoner på en meter. Tretten ringer er kjent, og den lyseste er ε-ringen. Med unntak av to, er alle ekstremt smale – vanligvis bare et par kilometer brede. Ringene er sannsynligvis ganske unge siden betraktninger indikerer at de ikke ble dannet sammen med Uranus. Materien i ringene kan en gang ha vært en del av en måne (eller måner) som ble spredt etter et høyhastighetsnedslag. Av samtlige deler av rester som ble dannet etter disse nedslagene var det bare noen få partikler som overlevde i et begrenset antall stabile soner for å bli til ringer.
William Herschel beskrev en mulig ring rundt Uranus i 1789, men observasjonen er tvilsom. Ringene er ganske svake, og i løpet av de neste to tiår var det ingen andre som noterte noe om slike observasjoner. Likevel gjorde Herschel en nøyaktig beskrivelse av ε-ringens størrelse, vinkelen relativt til jorden, den rødaktige fargen og de tilsynelatende endringene ettersom Uranus forflyttet seg rundt solen.
Ringsystemet ble definitivt oppdaget av 10. mars 1977 av James L. Elliot, Edward W. Dunham og Douglas J. Mink ved bruk av Kuiper Airborne Observatory. Oppdagelsen var et hell i uhell. De planla å bruke okkultasjonen av stjernen SAO 158687 for å studere atmosfæren, men stjernen forsvant en kort periode fem ganger både før og etter at den forsvant bak planeten. De konkluderte da med at der var et ringsystem rundt planeten. Noe senere oppdaget de ytterligere fire ringer. Ringene ble direkte fotografert av Voyager 2 i 1986. Voyager 2 oppdaget også ytterligere to svake ringer slik at det totale antallet var oppe i elleve.
I desember 2005 oppdaget Hubble-teleskopet ytterligere to ringer (det «ytre» ringsystemet), og brakte antallet opp i tretten. Den største ligger to ganger så langt unna planeten som de tidligere kjente ringene. Hubble oppdaget også to små satellitter, hvorav den ene, Mab, deler bane med den ytterste ringen.
Bilder av de nye ringene tatt ved Keck-observatoriet i april 2006 viste at den ytterste er blå og den andre er rød, mens de indre ringene synes å være grå. Den ytre ringens blåfarge kan skyldes at den er sammensatt av småpartikler av vannholdig is fra overflaten av Mab, som sprer det blå lyset.

Magnetfelt

Før Voyager 2 ankom i 1986 var det ikke utført noen målinger av magnetosfæren. Astronomer forventet at magnetfeltet ville være på linje med solvinden, siden det da ville være justert etter polene som ligger i ekliptikken.
Voyager avslørte at magnetfeltet ikke kommer fra planetens geometriske senter og er skråstilt 59° fra rotasjonsaksen. Den magnetiske dipolen er forskjøvet fra sentrum av planeten mot den sørlige roterende polen med en tredjedel av planetens radius. Dette gir en svært asymmetrisk magnetosfære hvor magnetfeltstyrken på overflaten av den sørlige halvkulen kan være så lav som 0,1 gauss (10 µT), og på den nordlige halvkulen så høy som 1,1 gauss (110 µT). Gjennomsnittlig feltstyrke er 0,23 gauss (23nbsp;µT). Til sammenligning er magnetfeltet på jorden omtrent like sterkt på polene, og det «magnetiske ekvator» er omtrent parallell med den geografiske ekvator.
Det dipole momentet er 50 ganger jordens. Neptun har et tilsvarende forskjøvet og skråstilt magnetfelt, noe som antyder at dette er vanlig hos iskjemper. En hypotese er at iskjempenes magnetfelt genereres av bevegelse ved relativt grunne dybder, for eksempel i hav av vann og ammoniakk, mens magnetfeltet i terrestriske planeter og gasskjempene genereres i kjernene.
Magnetosfæren har et baugsjokk som ligger ca. 23 radier foran seg, en magnetopause ved 18 radier, en fullt utviklet magnetohale og strålingsbelter, og er mer lik Saturns enn Jupiters. Magnetohalen følger bak planeten millioner av kilometer ut i rommet og vris til en lang korketrekker av planetens sideveise rotasjon.
Ladde protoner og elektroner med små mengder av H+
2-ioner, stammer trolig fra den varme atmosfæriske koronaen. Ingen tyngre ioner er blitt oppdaget. Energien til ionene og elektronene kan være så høye som henholdsvis 4 og 1,2 megaelektronvolt. Tettheten til lavenergi-ioner (under 1 kiloelektronvolt) i den indre magnetosfæren er ca. 2 cm⁻³, men partikkeltettheten påvirkes sterkt av månene som feier gjennom magnetosfæren og etterlater seg betydelige gap.
Partikkelfluksen er tilstrekkelig høy til å forårsake mørklegging eller romvær på månenes overflate på en astronomisk rask tidsskala på 100 000 år. Dette kan komme av den jevnt mørke fargen på månene og ringene. Uranus har relativt godt utviklede polarlys som ses som lyse buer rundt begge de magnetiske polene. I motsetning til Jupiters polarlys synes de å være ubetydelige for energibalansen i termosfæren.

Klima

I ultrafiolette og synlige bølgelengder viser atmosfæren seg å være roligere enn på andre gasskjemper, også Neptun. I 1986 observerte Voyager 2 totalt ti skyformasjoner over planeten. En foreslått forklaring er at den indre varmen fremstår markant lavere enn hos de andre kjempeplantene. Den laveste temperaturen registrert i tropopausen er 49 K, og gjør Uranus til den kaldeste planeten i solsystemet.

Stripet struktur, vinder og skyer

I 1986 fant Voyager 2 ut at den synlige sørlige halvkulen på Uranus kan deles inn en lys polarkappe og en mørk ekvatorstripe (se figur til høyre). Grensen mellom  regionene ligger ca. ved -45 grader bredde. En smal stripe som strekker seg over breddegradene -45 til –50 grader er den lyseste av de store formasjonene som er synlig på overflaten. Denne kalles den sørlige «kragen». Kappen og kragen antas å være en tett region av metanskyer som ligger i trykkområdet 1,3–2 bar (se over).
Voyager 2 observerte også ti små lyse skyer, de fleste flere grader mot nord sammenlignet med kragen. I alle andre henseender virket Uranus dynamisk død i 1986. Voyager 2 ankom i løpet av høyden for planetens sørlige sommer og kunne derfor ikke observere den nordlige halvkulen. Ved begynnelsen av det 21. århundre kom den nordlige polregionen til syne, og Hubble-teleskopet (HST) og Keck-teleskopene begynte å observere den. I begynnelsen observerte de hverken en krage eller noen polkappe på den nordlige halvkulen. Uranus var tilsynelatende asymmetrisk; lys nær den sørlige polen og jevnt over mørk i regionene nord for den sørlige kragen. Da Uranus passerte sitt jevndøgn i 2007 forsvant nesten den sørlige kragen fullstendig. Samtidig oppstod en nordlig krage nær 45 graders bredde.
På 1990-tallet ble mange flere lyse skyformasjoner observert, delvis fordi nye teknikker for bedre bilder ble tilgjengelig. De fleste ble funnet på den nordlige halvkulen etter hvert som denne ble synlig. En tidlig forklaring – om at lyse skyer lettere kunne identifiseres på den mørke delen av planeten, mens den lyse kragen skjuler dem på den sørlige halvkulen – var feil: det faktiske antallet formasjoner hadde økt betraktelig.
Uansett er det forskjeller mellom halvkulenes skyer. De nordlige skyener er mindre, skarpere og lysere, og ser ut til å ligge høyere oppe enn de på den sørlige halvkulen. Levetiden til skyene varierer med flere størrelsesklasser. Noen av de små skyene lever i timer, mens minst en av de sørlige skyene kan ha vedvart siden Voyagers forbiflyvning. Nyere observasjoner har også vist at skyformasjoner på Uranus har mye til felles med de på Neptun. For eksempel ble ikke de mørke flekkene som er vanlige på Neptun observert på Uranus før i 2006, da den første av denne typen formasjoner ble observert. Formasjonen ble da kalt Uranus' mørke flekk. Spekulasjonene går i om Uranus er i ferd med å bli mer lik Neptun under tiden for jevndøgn.
Sporingen av en rekke skyformasjoner gjorde fastsettingen av sonale vinder i den øvre troposfæren mulig. Ved ekvator er vindene retrograde, noe som betyr at de blåser i motsatt retning i forhold til planetens rotasjon. Hastighetene varierer fra -100 til -50 m/s. Vindhastighetene øker med avstanden fra ekvator og når nullverdier nær ± 20° bredde hvor troposfærens temperaturminimum ligger. Nærmere polene endres vindene til samme retning som planetens rotasjon, og de fortsetter å øke til de når maksstyrke ved  ± 60° før de faller mot null ved polene. Vindhastighetene rundt -40° bredde varierer fra 150–200 m/s. Siden kragen skjuler skyene under denne parallellen, er det umulig å måle hastigheten mellom dem og sørpolen. Derimot er det observert vindhastigheter opp mot 240 m/s nær +50° bredde på den nordlige halvkulen.

Årstidsvariasjoner

Fra mars til mai 2004 oppstod en rekke store skyer som ga Uranus et Neptun-lignende utseende. Det ble observert rekordhøye vindhastigheter på 229 m/s (824 km/t) og en vedvarende tordenstorm som ble omtalt som «4. juli-fyrverkeri». 23. august 2006 observerte forskere ved Space Science Institute (Boulder, CO) en mørk flekk som ga innsikt i planetens atmosfæreaktivitet. Hvorfor dette plutselige utbruddet i aktivitet oppstod er ikke fullt ut kjent, men det synes som om den ekstreme aksehelningen resulterer i ekstreme årstidsmessige variasjoner i været.
Årstidsvariasjonenes årsaker er uklare fordi data om atmosfæren ikke har eksistert i mer enn 84 år, tilsvarende ett år på Uranus. Fotometri over et halvt Uranusår (siden 1950-tallet) har vist vanlige variasjoner i lysstyrken i to spektralstriper, hvor maksimum oppstår ved solvervene og minimum ved jevndøgnene. Mikrobølgemålinger av den dype troposfæren startet opp på 1960-tallet og viste en lignende periodisk variasjon, med maksimum ved solvervene Temperaturmålinger i stratosfæren fra begynnelsen av 1970-tallet har også vist maksverdier nær jevndøgnet i 1986. De fleste variasjonene antas å skyldes endringer i visningsgeometrien.
Det finnes grunner til å anta at fysiske årstidsendringer finner sted i Uranus. Mens planeten har en lys sørlig polregion, er den nordlige polen ganske svak, noe som ikke stemmer med modellen med årstidsendringer skissert over. Under forrige nordlige solverv i 1944, viste Uranus forhøyede nivåer av lysstyrke, og dette antyder at nordpolen ikke alltid har vært like svak. Dette innebærer at den synlige polen blir lysere noe tid før solverv og mørkner etter jevndøgn. Detaljerte analyser av synlige og mikrobølgedata avslørte at de periodiske endringene i lysstyrken ikke var helt symmetriske rundt solverv, og indikerer en endring i de meridionale albedomønstrene.
På 1990-tallet beveget Uranus seg bort fra solverv, og den sørlige polkappen ble merkbart mørkere (med unntak av den sørlige kragen, som forble lys), mens den nordlige halvkulen opplevde økende aktivitet, blant annet i skyformasjoner og sterke vinder som ga forventninger om at den skulle lysne opp relativt snart. Dette skjedde også i 2007 da planeten passerte et jevndøgn: en svak nordlig polkrage kom til syne, mens den sørlige kragen ble nesten usynlig. Sonale vindporfiler forble noe asymetriske, mens de nordlige vindene ble noe saktere enn de sørlige.
Mekanismen med fysiske endringer er fortsatt uklar. Nær sommer- og vintersolverv ligger halvkulene enten fullt blendet av solens stråling eller vendt mot det mørke rommet. Opplysingen av den solfylte halvkulen antas å skyldes den lokale fortykkelsen av metanskyer og dislag som ligger i troposfæren. Den lyse kragen ved -45° bredde er også forbundet med metanskyer. Andre endringer i den sørlige polregionen kan forklares av endringer i det lavere skylagene.
Variasjonen i emisjonen av mikrobølger fra planeten er sannsynligvis forårsaket av endringer i dype troposfæriske sirkulasjoner, fordi tykke skyer og dis fra polene kan forhindre konveksjon. Nå som vår- og høstjevndøgnene nærmer seg på Uranus, endres dynamikken og konveksjonen kan oppstå igjen.

Dannelse

Flere forskere tror forskjellen mellom iskjempene og gasskjempene strekker seg tilbake til dannelsen. Solsystemet anses å ha blitt dannet fra en gigantisk roterende ball av gass og støv, kjent som en pre-solar stjernetåke. Mye av gassen – primært hydrogen og helium – dannet solen, mens støvpartikler ble samlet sammen for å danne de første protoplanetene. Etter hvert som planetene vokste, samlet noen av dem så mye materiale at gravitasjonen holdt tak i restene av stjernetåkens gass. Jo mer gass de holdt tak i, jo større ble de; jo større de ble, jo mer gass holdt de tak i helt til et kritisk punkt der størrelsene begynte å øke eksponentielt. Iskjempene hadde bare noen få jordmasser med gass fra stjernetåken, og nådde aldri det kritiske punktet. Simuleringer av planetvandringer antyder at begge iskjempene ble dannet nærmere solen enn der de befinner seg i dag, og ble forflyttet utover etter dannelsen. Denne hypotesen er detaljert i Nice-modellen.

Måner

Uranus har 27 kjente naturlige satellitter, med navn hentet fra skikkelser i verkene til William Shakespeare og Alexander Pope. De fem største er Miranda, Ariel, Umbriel, Titania og Oberon. Uranus har det minst massive satellittsystemet blant gasskjempene. Den kombinerte massen til de fem største månene er mindre enn halvparten av massen til Triton alene.
Den største månen Titania er den åttende største månen i solsystemet, med en radius på 788,9 km, som er mindre enn halvparten av vår egen måne, men noe mer enn Rhea som er Saturns nest største måne. Månenes lave albedoer strekker seg fra 0,2 for Umbriel til 0,35 for Ariel (i grønt lys). Månene er konglomerater av isstein bestående av omtrent femti prosent is og femti prosent stein. Isen kan inkludere ammoniakk og karbondioksid.
Ariel ser ut til å ha den yngste overflaten med færrest nedslagskratre. Umbriel ser ut til å ha den eldste. Miranda her flere canyoner som er 20 km dype, terrasserte lag, en kaotisk variasjon i alderen av overflaten og formasjoner. Den tidligere geologiske aktiviteten på Miranda antas å ha blitt drevet av tidevannsoppvarming på en tid da banen var mer eksentrisk, sannsynligvis som et resultat av en tidligere 3:1–resonans med Umbriel. Riftprosesser forbundet med oppstrømmende diapirer er sannsynligvis opphavet til månens «racerbane»-lignende korona. På samme måte antas det at Ariel en gang var i en 4:1-resonans med Titania.

Utforskning

I 1986 ble Uranus besøkt av NASAs interplanetariske romsonde Voyager 2. Det er det hittil eneste forsøket på å utforske planeten på nært hold, og var svært viktig for vår kunnskap om Uranus. Ingen nye besøk er per dags dato planlagt. Romsonden ble skutt opp i 1977 og var på det nærmeste 24. januar 1986, da den passerte Uranus' skytopper 81 500 km unna og fortsatte på sin ferd til Neptun. Voyager 2 undersøkte struktur og kjemisk sammensetning i atmosfæren, og tok prøver av planetens unike vær, forårsaket av aksehelningen på 97,77°. Romsonden utførte de første detaljerte undersøkelsene av de fem største månene og oppdaget ti nye, utforsket alle de ni kjente ringene og oppdaget to nye. Voyager 2 studerte også magnetfeltet og dets struktur, helning og dets enestående «korketrekkeraktige» magnetohale som kommer av orienteringen sidelengs.
Muligheten for å sende Cassini videre til Uranus ble evaluert i 2009, men det ville ta sonden tjue år å nå Uranus etter å ha forlatt Saturn. Etter en undersøkelse i 2011 (2013–2022 Planetary Science Decadal Survey) ble det foreslått å sende en banesonde og et landingsfartøy til Uranus, med en oppskytning i perioden 2020–2023 og en 13 år lang ferd mot Uranus. Et eventuelt landingsfartøy kunne ta utgangspunkt i Pioneer Venus Multiprobe og gå 1–5 atmosfærer ned. Den europeiske romfartsorganisasjon vurderte også «mediumklasseoppdraget» Uranus Pathfinder, men dette ble satt på vent. Oppdraget New Frontiers Uranus Orbiter har blitt evaluert og foreslått i studien The Case for a Uranus Orbiter.

I populærkulturen

I astrologien er Uranus () den regjerende planeten over Vannmannen. Uranus er turkis i fargen og knyttes til elektrisitet; derfor forbindes stjernetegnet Vannmannen med fargen elektrisk blå (som ligger nær turkis).
Grunnstoffet uran, som ble oppdaget i 1789 av den tyske kjemikeren Martin Heinrich Klaproth, ble oppkalt etter den nylig oppdagede planeten Uranus. Uranus, the Magician er en bevegelse i Gustav Holsts The Planets, skrevet mellom 1914 og 1916. Operasjon Uranus var en vellykket militær operasjon under andre verdenskrig, utført av Sovjetunionen for å ta tilbake Stalingrad, og markerte vendepunktet i landkrigen mot Wehrmacht.
Sonetten On First Looking Into Chapman's Homer (1816), skrevet av den engelske romantiske poeten John Keats (1795–1821), henviser til Herschels oppdagelse av Uranus i linjen Then felt I like some watcher of the skies/When a new planet swims into his ken.