1. ระบบสุริยะ<br />ประวัติการค้นพบและการสำรวจ<br />นับเป็นเวลาหลายพันปีในอดีตกาลที่มนุษยชาติไม่เคยรับรู้มาก่อนว่ามีสิ่งที่เรียกว่า ระบบสุริยะ แต่เดิมมนุษย์เชื่อว่า โลกเป็นศูนย์กลางจักรวาลที่อยู่นิ่ง มีดวงดาวต่างๆ โคจรไปรอบๆ ผ่านไปบนท้องฟ้า แม้ว่านักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ชาวอินเดียชื่อ Aryabhata และนักปรัชญาชาวกรีก Aristarchus เคยมีแนวคิดเกี่ยวกับการที่ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางจักรวาลในยุคหลังต่อมาจึงเริ่มมีการสืบสวนค้นหาปรากฏการณ์ทางภูมิธรณีต่างๆ เช่น เทือกเขา แอ่งหิน ปรากฏการณ์สภาพอากาศที่แปรเปลี่ยนตามฤดูกาล การศึกษาเกี่ยวกับเมฆ พายุทราย และยอดเขาน้ำแข็งบนดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ<br />การสำรวจยุคแรก<br />การสำรวจระบบสุริยะในยุคแรกดำเนินไปได้โดยอาศัยกล้องโทรทรรศน์ เพื่อช่วยนักดาราศาสตร์จัดทำแผนภาพท้องฟ้าแสดงตำแหน่งของวัตถุที่จางเกินกว่าจะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่ากาลิเลโอ กาลิเลอี คือผู้แรกที่ค้นพบรายละเอียดทางกายภาพของวัตถุในระบบสุริยะ เขาค้นพบว่าผิวดวงจันทร์นั้นขรุขระ ส่วนดวงอาทิตย์ก็มีจุดด่างดำ และดาวพฤหัสบดีมีดาวบริวารสี่ดวงโคจรไปรอบๆ คริสเตียน ฮอยเกนส์ เจริญรอยตามกาลิเลโอโดยค้นพบไททัน ดวงจันทร์ของดาวเสาร์ รวมถึงวงแหวนของมันด้วย ในเวลาต่อมา จิโอวันนี โดเมนิโก กัสสินี ค้นพบดวงจันทร์ของดาวเสาร์เพิ่มอีก 4 ดวง ช่องว่างในวงแหวนของดาวเสาร์ รวมถึงจุดแดงใหญ่บนดาวพฤหัสบดี<br />การสำรวจด้วยยานอวกาศ<br />การสำรวจด้วยยุคของการสำรวจอวกาศด้วยยานอวกาศเริ่มต้นขึ้นนับแต่สหภาพโซเวียตส่งดาวเทียมสปุตนิก 1 ขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกเมื่อปี ค.ศ. 1957 โดยได้โคจรอยู่เป็นเวลา 1 ปี ต่อมายานเอกซ์พลอเรอร์ 6 ของสหรัฐอเมริกา ขึ้นสู่วงโคจรในปี 1959 และสามารถถ่ายภาพโลกจากอวกาศได้เป็นครั้งแรกยานอวกาศ<br />กำเนิดและวิวัฒนาการ<br />ระบบสุริยะถือกำเนิดขึ้นจากการแตกสลายด้วยแรงโน้มถ่วงภายในของเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์เมื่อกว่า 4,600 ล้านปีมาแล้ว เมฆต้นกำเนิดนี้มีความกว้างหลายปีแสง และอาจเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์อื่นอีกจำนวนมาก<br />เมื่อย่านเนบิวลาก่อนสุริยะ ซึ่งน่าจะเป็นจุดกำเนิดของระบบสุริยะเกิดแตกสลายลง โมเมนตัมเชิงมุมที่มีอยู่ทำให้มันหมุนตัวไปเร็วยิ่งขึ้น ที่ใจกลางของย่านซึ่งเป็นศูนย์รวมมวลอันหนาแน่นมีอุณหภูมิเพิ่มสูงมากขึ้นกว่าแผ่นจานที่หมุนอยู่รอบๆขณะที่เนบิวลานี้หดตัวลง มันก็เริ่มมีทรงแบนยิ่งขึ้นและค่อยๆ ม้วนตัวจนกลายเป็นจานดาวเคราะห์ก่อนเกิดเมื่อการวิวัฒนาการดำเนินมาถึงจุดนี้ เชื่อว่าดวงอาทิตย์ได้มีสภาพเป็นดาวฤกษ์ชนิด T Tauri ผลจากการศึกษาดาวฤกษ์ชนิด T Tauri พบว่ามันมักมีแผ่นจานของมวลสารดาวเคราะห์ก่อนเกิดที่มีมวลประมาณ 0.001-0.1 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ กับมวลของเนบิวลาในตัวดาวฤกษ์เองอีกเป็นส่วนใหญ่จำนวนมหาศาล ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นจากแผ่นจานรวมมวลเหล่านี้<br />โครงสร้าง<br />ประกอบหลักที่สำคัญของระบบสุริยะคือ ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ในแถบลำดับหลักประเภท G2 ซึ่งมีมวลคิดเป็น 99.86% ของมวลรวมทั้งระบบเท่าที่เป็นที่รู้จัก และเป็นแหล่งแรงโน้มถ่วงหลักของระบบ[23] โดยมีดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ซึ่งเป็นวัตถุในวงโคจรใหญ่ที่สุดสองดวงครอบครองมวลอีก 90% ของมวลส่วนที่เหลือ<br />ดาวเคราะห์ทั้งหมดและวัตถุส่วนใหญ่ในระบบยังโคจรไปในทิศทางเดียวกับการหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์ (ทวนเข็มนาฬิกา เมื่อมองจากมุมมองด้านขั้วเหนือของดวงอาทิตย์) มีเพียงบางส่วนที่เป็นข้อยกเว้นไม่เป็นไปตามนี้ เช่น ดาวหางฮัลเลย์ เป็นต้น<br />ดวงอาทิตย์<br />ดวงอาทิตย์ คือดาวฤกษ์ดวงแม่ที่เป็นหัวใจของระบบสุริยะ มีขนาดประมาณ 332,830 เท่าของมวลของโลก ด้วยปริมาณมวลที่มีอยู่มหาศาลทำให้ดวงอาทิตย์มีความหนาแน่นภายในที่สูงมากพอจะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันอย่างต่อเนื่อง และปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา โดยมากเป็นพลังงานที่แผ่ออกไปในลักษณะของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น แสง<br />ดวงอาทิตย์จัดว่าเป็นดาวแคระเหลืองขนาดใหญ่ปานกลาง ทว่าเมื่อเปรียบเทียบกับดาวฤกษ์อื่นๆ ที่อยู่ในดาราจักรของเรา ถือได้ว่าดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่และสว่างมาก การจัดประเภทของดาวฤกษ์นี้เป็นไปตามไดอะแกรมของเฮิร์ตสปรัง-รัสเซลล์ ซึ่งเป็นแผนภูมิของกราฟระหว่างความสว่างของดาวฤกษ์เทียบกับอุณหภูมิพื้นผิว โดยทั่วไปดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิสูงกว่ามักจะสว่างกว่า ซึ่งดาวฤกษ์ใดๆ ที่มีคุณสมบัติเป็นไปดังที่ว่ามานี้ก็จะเรียกว่าเป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ในแถบลำดับหลัก ดวงอาทิตย์ของเราก็อยู่บนแถบลำดับหลักโดยอยู่ในช่วงกึ่งกลางทางด้านขวา แต่มีดาวฤกษ์จำนวนไม่มากนักที่จะสว่างกว่าและมีอุณหภูมิสูงกว่าดวงอาทิตย์ของเรา ส่วนมากจะอ่อนแสงกว่าและมีอุณหภูมิต่ำกว่าทั้งนั้น<br />สสารระหว่างดาวเคราะห์<br />นอกเหนือจากแสง ดวงอาทิตย์ยังแผ่รังสีที่ประกอบด้วยกระแสของประจุอนุภาคจำนวนมากต่อเนื่องกัน (เป็นพลาสมาชนิดหนึ่งที่รู้จักกันในชื่อ ลมสุริยะ) กระแสประจุนี้แผ่ออกไปด้วยความเร็วประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมงทำให้เกิดชั้นบรรยากาศบางๆ ขึ้น เรียกว่า เฮลิโอสเฟียร์ ที่แผ่ปกคลุมทั่วระบบสุริยะออกไปเป็นระยะทางอย่างน้อย 100 หน่วยดาราศาสตร์ (ดูเพิ่มที่ เฮลิโอพอส) ทั้งหมดนี้เป็นสิ่งที่เรียกกันว่า สสารระหว่างดาวเคราะห์ พายุแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวดวงอาทิตย์เช่น โซลาร์แฟลร์ หรือลำอนุภาคโคโรนา จะทำให้เกิดการรบกวนต่อเฮลิโอสเฟียร์ และสร้างสภาวะที่เรียกว่า space weather ขึ้น สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ที่หมุนวนไปสร้างผลกระทบต่อสสารระหว่างดาวเคราะห์ ทำให้เกิดแผ่นกระแสเฮลิโอสเฟียร์ ขึ้น ซึ่งถือเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ<br />ระบบสุริยะชั้นใน<br />ระบบสุริยะชั้นใน เป็นชื่อดั้งเดิมของย่านอวกาศที่ประกอบด้วยกลุ่มดาวเคราะห์ใกล้โลกและแถบดาวเคราะห์น้อย มีส่วนประกอบหลักเป็นซิลิเกตกับโลหะ เทหวัตถุในระบบสุริยะชั้นในจะเกาะกลุ่มอยู่ด้วยกันและใกล้กับดวงอาทิตย์มาก รัศมีของย่านระบบสุริยะชั้นในนี้ยังสั้นกว่าระยะห่างจากดาวพฤหัสบดีไปดาวเสาร์เสียอีก<br />ดาวเคราะห์ชั้นในหรือดาวเคราะห์ใกล้โลก มี 4 ดวง โดยมากประกอบด้วยส่วนประกอบหิน มีความหนาแน่นสูง มีดวงจันทร์น้อยหรืออาจไม่มีเลย และไม่มีระบบวงแหวนรอบตัวเอง สสารที่เป็นองค์ประกอบมักเป็นแร่ธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่นซิลิเกตที่ชั้นเปลือกและผิว หรือโลหะ เหล็ก นิเกิล ที่เป็นแกนกลางของดาว สามในสี่ของดาวเคราะห์กลุ่มนี้ (ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร) มีชั้นบรรยากาศที่เห็นได้ชัด พื้นผิวมีร่องรอยของหลุมบ่อที่เกิดจากการปะทะโดยชิ้นส่วนจากอวกาศ และมีความเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาที่พื้นผิวด้วยเช่น การแยกตัวของร่องหุบเขาและภูเขาไฟ<br />ดาวพุธ<br />ดาวพุธ (0.4 AU) คือดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด และเป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดเล็กที่สุด (0.055 เท่าของมวลโลก) ดาวพุธไม่มีดาวบริวารของตัวเอง สภาพพื้นผิวที่มีนอกเหนือจากหลุมบ่อจากการปะทะ ก็จะเป็นสันเขาสูงชัน ซึ่งอาจจะเกิดขึ้นในช่วงยุคการก่อตัวในช่วงเริ่มแรกของประวัติศาสตร์[43] ชั้นบรรยากาศของดาวพุธเบาบางมากจนแทบจะเรียกได้ว่าไม่มีบรรยากาศ ประกอบด้วยอะตอมที่ถูกลมสุริยะพัดพาขับไล่ไปจนเกือบหมด[44] แกนกลางของดาวเป็นเหล็กที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่มาก ต่อมาเป็นชั้นเปลือกบางๆ ที่ยังไม่สามารถอธิบายได้อย่างชัดเจน ทฤษฎีเกี่ยวกับชั้นเปลือกของดาวจำนวนหนึ่งอธิบายถึงชั้นผิวรอบนอกที่ถูกฉีกออกด้วยการปะทะครั้งใหญ่ บ้างก็ว่ามันถูกกีดกันจากการพอกรวมของชั้นผิวเนื่องจากพลังงานมหาศาลของดวงอาทิตย์อันเยาว์<br />ดาวศุกร์<br />ดาวศุกร์ (0.7 AU) มีขนาดใกล้เคียงกับโลก (0.815 เท่าของมวลโลก) และมีลักษณะคล้ายโลกมาก มีชั้นเปลือกซิลิเกตอย่างหนาปกคลุมรอบแกนกลางของดาวซึ่งเป็นเหล็ก มีชั้นบรรยากาศ และมีหลักฐานแสดงถึงความเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาภายในของดาว ทว่าดาวศุกร์แห้งแล้งกว่าโลกมาก ชั้นบรรยากาศของมันก็หนาแน่นกว่าโลกถึงกว่า 90 เท่า ดาวศุกร์ไม่มีดาวบริวารของตัวเอง กล่าวได้ว่า ดาวศุกร์เป็นดาวเคราะห์ที่ร้อนที่สุด ด้วยอุณหภูมิพื้นผิวสูงถึงกว่า 400 °C ซึ่งเป็นผลจากปริมาณแก๊สเรือนกระจกที่มีอยู่เป็นจำนวนมากในชั้นบรรยากาศ[47] ในปัจจุบันไม่มีการตรวจพบการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาใหม่ๆ บนดาวศุกร์อีกแล้ว แต่ดาวศุกร์ไม่มีสนามแม่เหล็กของตัวเองที่จะช่วยป้องกันการสูญเสียชั้นบรรยากาศ ดังนั้นการที่ดาวศุกร์ยังรักษาชั้นบรรยากาศของตัวเองไว้ได้จึงคาดว่าน่าจะเกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ[48]<br />โลก<br />โลก (1 AU) เป็นดาวเคราะห์ที่ค่อนข้างใหญ่และมีความหนาแน่นมากที่สุดในกลุ่มดาวเคราะห์ชั้นใน เป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่พบว่ายังมีปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาอยู่ และเป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวเท่าที่ทราบว่ามีสิ่งมีชีวิต โลกเป็นดาวเคราะห์ที่มีน้ำมาก เป็นเอกลักษณ์ที่แตกต่างจากกลุ่มดาวเคราะห์ใกล้โลกทั้งหมด และยังเป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่ยังมีการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกอยู่ ชั้นบรรยากาศของโลกค่อนข้างจะแตกต่างกับดาวเคราะห์ดวงอื่น เนื่องจากการที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ ในบรรยากาศจึงมีออกซิเจนอิสระอยู่ถึง 21%[49] โลกมีดาวเคราะห์บริวารหนึ่งดวง คือ ดวงจันทร์ ซึ่งเป็นดาวเคราะห์บริวารขนาดใหญ่เพียงดวงเดียวในเขตระบบสุริยะชั้นใน<br />ดาวอังคาร<br />ดาวอังคาร (1.5 AU) มีขนาดเล็กกว่าโลกและดาวศุกร์ (0.107 เท่าของมวลโลก) มีชั้นบรรยากาศเจือจางที่เต็มไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ พื้นผิวของดาวอังคารระเกะระกะด้วยภูเขาไฟจำนวนมาก เช่น Olympus Mons และหุบเขาลึกชันมากมายเช่น Valles Marineris แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาที่เคยเกิดขึ้นก่อนหน้านี้ สีของดาวอังคารที่เราเห็นเป็นสีแดง เป็นเพราะสนิมที่มีอยู่ในพื้นดินอันเต็มไปด้วยเหล็กดาวอังคารมีดวงจันทร์บริวารขนาดเล็กสองดวง (คือ ไดมอส กับ โฟบอส) ซึ่งคาดว่าน่าจะเป็นดาวเคราะห์น้อยที่บังเอิญถูกแรงดึงดูดของดาวอังคารจับตัวเอาไว้<br />ระบบสุริยะชั้นนอก<br />บริเวณรอบนอกของระบบสุริยะเป็นถิ่นที่อยู่ของดาวแก๊สยักษ์และบรรดาดาวบริวารของมันที่มีขนาดใหญ่พอจะเป็นดาวเคราะห์ได้ นอกจากนี้ยังมีดาวหางคาบสั้น และเซนทอร์ ที่โคจรอยู่ในย่านนี้เช่นกัน วัตถุตันที่อยู่ในย่านนี้จะมีองค์ประกอบของสสารที่ระเหยง่าย (เช่น น้ำ แอมโมเนีย มีเทน ในทางวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จะเรียกว่าเป็น น้ำแข็ง) ไม่ค่อยมีส่วนประกอบของสสารประเภทหินเหมือนอย่างเทหวัตถุในระบบสุริยะชั้นใน<br />ดาวเคราะห์ชั้นนอกมี 4 ดวง หรือดาวแก๊สยักษ์ (บางครั้งเรียกว่า ดาวเคราะห์โจเวียน) มีมวลรวมกันถึงกว่า 99% ของมวลสารทั้งหมดที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ดาวพฤหัสบดีกับดาวเสาร์มีองค์ประกอบเต็มไปด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียม ดาวยูเรนัสกับดาวเนปจูนมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นน้ำแข็ง นักดาราศาสตร์จำนวนหนึ่งเห็นว่าดาวสองดวงหลังนี้ควรจัดเป็นประเภทเฉพาะของมันเอง คือ quot;
ดาวน้ำแข็งยักษ์quot;
[57] ดาวแก๊สยักษ์ทั้งสี่มีวงแหวนอยู่รอบตัว แม้เมื่อมองจากโลกจะเห็นได้ชัดแต่เพียงวงแหวนของดาวเสาร์เท่านั้น<br />ดาวพฤหัสบดี<br />ดาวพฤหัสบดี (5.2 AU) มีมวลประมาณ 318 เท่าของมวลโลก นับเป็นมวลมหาศาลถึง 2.5 เท่าของมวลรวมทั้งหมดของดาวเคราะห์ที่เหลือรวมกัน ประกอบด้วยก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมจำนวนมาก ความร้อนที่สูงมากภายในของดาวทำให้เกิดคุณลักษณะแบบกึ่งถาวรหลายประการในสภาพบรรยากาศของดาว เช่นแถบเมฆ และจุดแดงใหญ่ ดาวพฤหัสบดีมีดวงจันทร์บริวารที่รู้จักแล้วทั้งสิ้น 63 ดวง ดวงที่ใหญ่ที่สุด 4 ดวงคือ แกนิมีด คาลลิสโต ไอโอ และยูโรปา มีลักษณะคล้ายคลึงกับลักษณะของดาวเคราะห์ใกล้โลก เช่นมีภูเขาไฟ และมีกระบวนการความร้อนภายในของดาว[58] ดวงจันทร์แกนิมีดเป็นดาวบริวารที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ มีขนาดใหญ่กว่าดาวพุธเสียอีก<br />ดาวเสาร์<br />ดาวเสาร์ (9.5 AU) เป็นดาวเคราะห์ที่โดดเด่นเนื่องจากระบบวงแหวนขนาดใหญ่ที่เห็นได้ชัด ลักษณะของดาวรวมถึงสภาพบรรยากาศคล้ายคลึงกับดาวพฤหัสบดี แต่มีมวลน้อยกว่ามาก โดยมีมวลโดยประมาณ 95 เท่าของมวลโลก ดาวเสาร์มีดวงจันทร์บริวารที่รู้จักแล้ว 60 ดวง (มีอีก 3 ดวงยังไม่ได้รับการรับรอง) ในจำนวนดวงจันทร์ทั้งหมดมีอยู่ 2 ดวงคือ ไททันและเอนซิลาดุส แสดงให้เห็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา แม้ว่าองค์ประกอบส่วนใหญ่จะเป็นน้ำแข็งก็ตาม[59] ดวงจันทร์ไททันมีขนาดใหญ่กว่าดาวพุธ และเป็นดวงจันทร์บริวารเพียงดวงเดียวในระบบสุริยะที่มีชั้นบรรยากาศ<br />ดาวยูเรนัส<br />ดาวยูเรนัส (19.6 AU) มีขนาดประมาณ 14 เท่าของมวลโลก เป็นดาวเคราะห์มวลน้อยที่สุดในระบบสุริยะชั้นนอก ลักษณะการโคจรของดาวยูเรนัสไม่เหมือนดาวเคราะห์ดวงอื่น มันจะโคจรรอบดวงอาทิตย์แบบตะแคงข้าง โดยมีความเอียงของแกนมากกว่า 90 องศาเมื่อเทียบกับระนาบสุริยวิถี แกนกลางของดาวค่อนข้างเย็นกว่าดาวแก๊สยักษ์ดวงอื่นๆ และแผ่ความร้อนออกมาสู่อวกาศภายนอกเพียงน้อยนิด[60] ดาวยูเรนัสมีดวงจันทร์บริวารที่รู้จักแล้ว 27 ดวง กลุ่มของดวงจันทร์ขนาดใหญ่ได้แก่ ไททาเนีย โอบิรอน อัมเบรียล เอเรียล และมิรันดา<br />ดาวเนปจูน<br />ดาวเนปจูน (30 AU) แม้จะมีขนาดเล็กกว่าดาวยูเรนัส แต่มีมวลมากกว่า คือประมาณ 17 เท่าของมวลโลก ดังนั้นมันจึงเป็นดาวที่มีความหนาแน่นมาก ดาวเนปจูนแผ่รังสีความร้อนจากแกนกลางออกมามาก แต่ก็ยังน้อยกว่าดาวพฤหัสบดีหรือดาวเสาร์[61] เนปจูนมีดวงจันทร์บริวารที่รู้จักแล้ว 13 ดวง ดวงที่ใหญ่ที่สุดคือ ไทรทัน มีสภาพการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาอยู่ เช่นมีน้ำพุร้อนไนโตรเจนเหลว[62] และเป็นดาวบริวารขนาดใหญ่เพียงดวงเดียวที่มีวงโคจรย้อนถอยหลัง ดาวเนปจูนยังส่งดาวเคราะห์เล็กๆ จำนวนหนึ่งหรือเนปจูนโทรจัน เข้าไปในวงโคจรของดวงจันทร์ไทรทันด้วย โดยมีการสั่นพ้องของวงโคจรแบบ 1:1 กับดวงจันทร์<br />