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巨大的峡谷和悬崖系统切割了天卫三的表面，这是其内部在后期发展中扩张的结果。像天王星的所有主要卫星一样，天卫三可能是由天王星形成之后的吸积盘积聚的。
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2001年至2005年进行的红外线光谱研究，揭示了天卫三表面上存在水冰和二氧化碳干冰，可能含有微弱的二氧化碳大气层，表面压力约为10纳帕。天卫三掩星期间的测量值星在1–2
纳帕下，将任何可能的大气的表面压力设置为上限。
天卫三是天王星体积和质量最大的卫星，也是太阳系中质量第八大的卫星。天卫三的密度为1.71g
/cm3，远高于土星卫星的典型密度，表明它由大致相等的比例的水冰和致密的非冰成分组成；后者可以是岩石和包括较重有机化合物的碳基物质。
2001年至2005年红外光谱的观察表明有结晶的水冰在其卫星表面存在。天卫三同轨道半球的水冰吸收带比逆轨道半球稍强。这与在天卫四观察到的结果相反，其逆轨道半球表现出更强的水冰特征。
这种不对称性的原因尚不清楚，但可能与来自天王星的磁层中带电粒子的轰击有关，在逆轨道半球更强（由于等离子体的同向旋转）。高能粒子倾向于升华水冰，分解被困在冰中形成水合物的甲烷并使其他有机物变暗，留下深色的富碳残渣表面。
