海卫一是海王星最大的卫星，直径约 2707 千米。它是太阳系中唯一一颗公转方向与所绕行星自转方向相反的大型卫星。科学家认为，它最初是柯伊伯带（海王星轨道以外由众多小型冰冷天体组成的区域）中的一个冰冷天体，后来被海王星的引力捕获。

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NASA 给出的海卫一半径（从中心到表面的距离）为 1353.4 千米，由此得出其直径为 2707 千米。NASA 喷气推进实验室的数据则为 1352.6 千米，正负 2.4 千米。两个数值相差不到 1 千米。

海卫一的密度——即每立方厘米所含的质量——约为水的两倍，比外行星的几乎所有其他卫星都高。这意味着海卫一所含的岩石比土星和天王星的冰卫星更多。它的地壳是一层冻结的氮，覆盖在冰质幔层之上，幔层内部被认为包裹着一个由岩石和金属组成的核心。

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英国天文学家威廉·拉塞尔（William Lassell）于 1846 年 10 月 10 日发现了海卫一，就在海王星本身被发现 17 天之后。大多数大型卫星绕行星运行的方向与行星自转方向相同，海卫一却反其道而行，天文学家称这种轨道为逆行轨道。

海卫一每 5.9 天绕海王星一周，距海王星中心 35.476 万千米，比月球到地球的距离略近一些。和月球一样，它也总是以同一面朝向所绕的行星。它的轨道倾角很大，因此其两极会轮流朝向太阳。科学家认为，海王星是在数百万年前从柯伊伯带捕获了海卫一。海卫一与冥王星有许多相似之处。

旅行者 2 号是唯一一艘飞掠过海王星和海卫一的探测器。它在 1989 年飞掠时测得表面温度为 −235°C，这使海卫一成为太阳系中最冷的天体之一。海卫一上的氮大多以霜的形式冻结在表面，其冰冻的表面能反射照射到它上面的 70% 的阳光。

旅行者 2 号还发现了活跃的间歇泉，因此海卫一是已知为数不多的具有地质活动的卫星之一。它拍摄的图像显示，海卫一上的陨石坑很少，但有由冰质熔岩流形成的光滑火山平原、丘状地形和圆形凹坑。这颗卫星外面还包裹着一层稀薄的大气，主要成分是氮，还有少量甲烷。