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天王星は主にガスと多様な氷から成っている。大気には水素が約83%、ヘリウムが15%、メタンが2%含まれている。内部は重い元素に富み、岩石のほか、酸素、炭素、窒素からなっている。ほとんどが水素とヘリウムでできている木星や土星とは対照的である。天王星と海王星は従来木星型惑星に分類されていたが、木星や土星の核から液体の金属水素の層を除いたものによく似ており、内部は比較的均一に分布しているようである。こうした違いから、木星型とは異なる天王星型惑星として分類されるようになってきている。

天王星が青色に見えるのは大気に含まれるメタンによって赤色光が吸収されるためである。

天王星の特徴の一つとして自転軸が挙げられる。黄道面に対しほぼ横倒しに倒れている。天王星の自転軸がなぜこれほど傾いているのかは分かっていない。天王星がまだ完成されていない時期に大きな原始天体が衝突したのではないかと推察されている。

また、自転軸の傾きのため極周囲の方が赤道周囲よりも太陽からの熱を受けているが、奇妙な事に赤道周囲の方が極地よりも温度が高い。この理由もまだ解明されていない。

ボイジャー2号によって天王星に磁場の存在が確認された。天王星の磁場の中心は惑星の中心から大幅にずれており、60゜自転軸から傾いている。

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