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海衛一是環繞海王星運行的衛星中最大的一顆，它也是太陽系中最冷的天體之一，具有複雜的地質歷史和一個相對來說比較年輕的表面。1846年10月10日威廉·拉塞爾（William Lassell）發現了海衛一（這是海王星被發現後第17天）。拉塞爾以為他還發現了海王星的一個環。雖然後來發現海王星的確有一個環，但是拉塞爾的發現還是值得懷疑，因為實際上海王星的環太暗了，不可能被拉塞爾用他的儀器發現。
海衛一的平均密度為2.061 g/cm³，在地質上估計含有15-35%固態冰及其他岩石物質。它擁有一層稀薄大氣，其主要成份是氮，以及含有少量甲烷，整體大氣壓約為0.01毫巴。它的表面溫度低於40K，但是至少為35.6K。這個最低溫度的原因在於在這個溫度下固體氮的相態發生變化，從六角形的晶體相態變為立方體的晶體相態。估計的最高溫度的來源在於通過測量氮在海衛一大氣中的蒸汽壓，在這個蒸汽壓下固態與氣態平衡的溫度低於40K。這說明海衛一的表面溫度甚至低於冥王星的表面溫度（44K）。海衛一地質活動活躍，其表面非常年輕，很少有撞擊坑。旅行者2號觀測到了多個冰火山或正在噴發著液氮、灰塵或甲烷混合物的噴泉，這些噴泉可以達到8千米的高度。不像木衛一表面的火山，海衛一表面的火山活動可能不是潮汐作用造成的，而是季節性的太陽照射所造成的。海衛一表面還有非常錯綜複雜的山脊和峽谷地形，它們可能是通過不斷地融化和凍結所形成的。海衛一的表面面積為2300萬平方公里，這相當於與地球表面面積的4.5%或者地球大陸面積的15.5%。
海衛一的「哈密瓜皮地形」是太陽系里最奇怪的一個地形之一。它的名稱來自於它看上去像哈密瓜的瓜皮。其成因不明，但有可能它是由於氮的一再升華和凝結、倒塌、冰火山的一再掩蓋造成的。雖然這裏只有少數撞擊坑，但一般認為這裏是海衛一表面上最老的地形。北半球有可能大部分被這樣的地形覆蓋。
至今為止這個地形只有在海衛一上被發現。在這個地形上還有直徑30至50千米的窪地。這些窪地可能不是撞擊坑，因為它們的形狀非常規則，弧度平滑。它們可能是由於粘的冰的爆發造成的。
海衛一上的冰火山是以非洲神話里的精靈命名的。海衛一是太陽系內少數有火山活動的天體。已知的太陽系內有火山活動的天體除了地球以外還包括：金星，木衛一和土衛二，另外，還有證據表明火星以前也有過火山活動。