发现历史
在天王星发现之前，人们一直认为土星就是太阳系的疆界。1781年，在英国定居的德国天文学家F.W·赫歇耳利用他自己制造的口径16厘米的望远镜，在双子座中看到一个星图中未载入的天体。起初，赫歇耳认为可能是一颗彗星，经查看前人的观测记录，发现已有几位天文学家曾经看到过这个天体了。最早观测到它是在1690年。从1750至1769年中，有一位天文学家曾观测到它达12次之多。但一直被误认为是一颗恒星，这位天文学家就是勒莫尼埃，这个粗心急躁的人最喜欢花费时间批评别人的工作，而根本不花功夫去整理自己的观测。赫歇耳根据前人的观测记录和自己的观测结果，计算出这个天体的轨道、半径和绕日公转周期。一颗新行星就这样被赫歇耳发现了，取名为天王星。天王星的发现，使人们认识到的太阳系空间扩大了3倍。
天王星的体积在九大行星中仅次于木星和土星，约为地球的65倍，质量相当于地球的14.63倍。天王星以6.81千米／秒的平均速度绕太阳公转，公转周期84年。天王星最奇特的是它的自转轴几乎倒在它的轨道面上，也就是说，它是“躺”着自转的。而其他行星都是“站”在自己轨道面上自转。有人猜测它可能是被一个天体撞倒的，目前这还没有得到证实。其赤道的磁感应强度为2.5×10-5特斯拉，比地球的3.1×10-5特斯拉略低，但是天王星内部磁场很强，所包含的能量是地球的50倍。天王星的核心是岩石物质，核心温度是2 000～3 000摄氏度。核心外面是一层很厚的水冰和氮冰，冰外面是分子氢层，再向外就是很厚的大气层，大气层中的主要成分是氢和氦。氢的含量占绝大部分，氦的含量为10%～15%。这与木星的大气组成相似。天王星同地球一样有四季的变化，但是它的一季相当于地球的21年，也不同与地球上的四季，受阳光照射的半球为夏季，另一面为冬季。天王星最亮时稍亮于6等，眼力好的人勉强可见。在大望远镜里，它呈现蓝绿色。
天王星(图2-25)具有温度较高的同温层和一个较冷的对流层。由于天王星离太阳很远，它接受太阳能只有地球的千分之二，表面温度只有-211摄氏度；仅靠太阳光是不能达到如此高温的，因而可能在天王星上存在其他能源。
天王星既不像类地行星富含硅、铁，又不像巨行星那样富含氢、氦，它基本上是由水、甲烷、氨等氢化物构成，而硅酸盐、铁、氢和氦只是次要成分。这就是说，虽然天王星也像巨行星那样是液态行星，但它们的化学成分已不是原始星云物质。
现在认为天王星的大气中氢仍是主要成分，其内部结构分为三层：富氢的大气层，其质量为1～2个地球质量；由甲烷、氨和水构成的液态幔，其质量约为地球质量的10倍；岩—冰核，其质量约为地球质量的3倍。
根据地面观测，天王星也有磁层。为此，“旅行者”2号的探测项目中设置了对天王星磁层的探测项目。“旅行者”2号在到达天王星最近距离点之前，就探测出天王星发出的射电信号和带电粒子流。经测定，天王星也有磁层结构，其磁层中主要是由质子和电子构成的等离子体。磁层在朝向太阳的一面至少延伸到59万千米的高度，其磁尾延伸到600万千米。天王星也有与地球范艾伦带类似的辐射带。
过去，人们一直认为在太阳系中，土星是惟一具有光环的行星。1977年3月10日及同年12月23日，中国、美国、澳大利亚、南非、印度等五国的天文学家在观测天王星掩恒星SAO158 687时，各自意外地发现了天王星像土星那样也有环带。这是现代天文学的一项重大发现。天文学家们最初发现天王星有5个环，由内到外分别是α、β、γ、δ、ε环。前4个环宽度仅10千米左右，ε环最宽，将近100千米。且有较复杂的结构。经仔细分析后发现，α环内还存在3个小环，β环和γ环中也有一个小环，分别为χ环、ι环、θ环和η环，η环可能由60千米宽的稀薄物质构成的。这样，就发现天王星有9个环。
根据实测，计算出天王星光环是由稀疏不等的碎石构成。整个环系距天王星大约1.5万千米。1986年1月24日，“旅行者”2号在探测天王星时，又发现了天王星的2个新环。至此，总共发现天王星有11个环。它们大多数是窄环，结构简单，位于天王星赤道面上，为圆环，且环与环之间相距较远。ε环比较特殊，是椭圆环。在环的内外两边缘上，物质相对集中。1979年，美国天文学家用红外光在5米望远镜上也拍摄到天王星环像。此外，他们还在智利将电荷耦合器件(CCD)装到2.5米望远镜上，在光学波段观测到了天王星环。观测结果表明，天王星环只反射2％的太阳光，说明天王星环是由太阳系中最黑的物质所构成，这些物质比煤还要黑。我们现在知道天王星有五颗卫星，以离它的距离由近而远为次序叙述如下：
天卫V是最近的也是最后发现的一颗，它是在1948年被柯伊伯在一张照片上找到的。它的星等是19，周期是34时，距离天王星的中心有五个赤道半径那样远，即13.5万千米。天卫V的直径不超过200千米。
天卫Ⅰ和天卫Ⅱ是1851年被拉塞尔所发现的。它们的星等分别为15与16，很难被人看见。天卫Ⅰ在距天王星19万千米处以2日12时29分的周期环绕天王星运行，它的直径只有900千米。至于天卫Ⅱ，距离天王星26万千米，周期是4日3时28分，直径是700千米。
最后天卫Ⅲ、天卫Ⅳ是1787年威廉·赫歇尔发现的，星等是14，因距天王星稍远，故比前两颗卫星还容易观测些。天卫Ⅲ在离天王星44万千米处以8日16时56分的周期运行，它的直径估计是1 700千米。天卫Ⅳ在离天王星59万千米处运行，周期是13日11时7分，直径是1 600千米。