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海衛一是海王星最大的衛星，直徑為2706千米。它的外殼布滿冰，但密度又很大，證明內部有一個堅實的巖石核心。旅行者2號在1989年飛過海衛一時，發現了海衛一凍結的氮冰極冠。以前在地球上用光譜法也探測到過這個氮冰極冠。就像火星極地冰冠中的二氧化碳一樣，這些冰冠在夏天可能會因為升華(而不是融化)而收縮，從而將其中的氮添加到海衛一稀薄但還算可觀的大氣中。
海衛一的大氣主要由氮構成。形成其地殼穩定的「基巖」冰似乎是甲烷、二氧化碳和水的混合物，也有可能有氨，但氨在光譜探測中幾乎是不可見的。 海衛一的最佳圖像解析度約為每像素400米，它們揭示了極地冰冠之外複雜的地質表面，包括了可能是由冰火山形成的各種地貌。在海衛一的表面，隕石坑隨處可見，但數量並不多，而且很有可能大部分表面隕石坑的歷史都不到10億年。
海衛一另一個引人注目之處是，它擁有從極地冰冠噴發出來的間歇泉，能夠噴出高約8千米的黑色粒子。海衛一有些由氮晶體組成的高空雲，類似於我們大氣層中的捲雲。 旅行者2號只能看到海衛一南極的冰冠，因為在旅行者2號飛過海衛一時，其北半球的大部分地區處於黑暗之中。海衛一上的季節很奇特，這是海王星29.6°的自轉軸傾角加上海衛一21°的軌道傾角共同作用的結果。此外，海衛一的軌道平面圍繞海王星的軸進動，因此，海衛一的一個完整季節周期並不等於海王星164年的軌道周期。
海衛一的一個完整季節周期為688年，其中包含164年的子周期。在整個季節周期中，海衛一上的太陽可以垂直照射的緯度範圍在北緯50°到南緯50°之間。旅行者2號飛越海衛一時，海衛一正巧接近南極的夏至，太陽垂直照射南緯50°。因此海衛一北半球大部分地區正處於黑暗之中，無法被觀測到。旅行者號觀測到，在陽光照射下，海衛一的南極冰冠正在消退。
1997年從地球上的觀測證實了海衛一南極冰冠會升華為氣體的事實，表明自旅行者號與海衛一相遇以來，海衛一的大氣壓力在八年內增加了一倍。與此同時，看不見的北極冰蓋可能正在生長，因為大氣中的氮凝結在北極寒冷的表面上。