מערכת השמש

מערכת השמש היא מערכת כוכבי לכת, שבה מקיפים שמונה כוכבי לכת וגופים נוספים רבים את השמש בהתאם לכוחות הכבידה הרלוונטיים. הגופים הגדולים העיקריים שסובבים את השמש הם שמונת כוכבי הלכת, ואליהם מצטרפים כוכבי לכת ננסיים ומספר גדול של גופים קטנים כמו אסטרואידים, שביטים ומטאורואידים. לחלק מהגופים שסובבים את השמש, ובייחוד לגדולים שבהם, יש ירחים משל עצמם, שמתלווים אליהם לאורך ההקפה.
מערכת השמש נוצרה לפני כ־4.6 מיליארד שנה, והיא נמצאת בבועה המקומית על זרוע אוריון, אחת משש הזרועות של גלקסיית שביל החלב. גלקסיית שביל החלב מכילה בין 200 ל־400 מיליארד כוכבים, והיא ממוקמת, יחד עם כ־35 גלקסיות נוספות, בתוך קבוצת גלקסיות המכונה הקבוצה המקומית. הקבוצה המקומית היא רק אחת מקבוצות גלקסיות וצבירי גלקסיות רבים המרכיבים את צביר־על הבתולה, אחד מצבירי־על רבים ביקום. מעריכים שביקום כולו יש מאות מיליארדי גלקסיות, ויותר מ־‎10²²‎ כוכבים.
המרכיב הדומיננטי של מערכת השמש הוא השמש עצמה, שתופסת 99.86% מהמסה הידועה של המערכת כולה. במרחק הקצר ביותר לשמש נמצאים ארבעת "כוכבי הלכת הפנימיים", הקרויים גם "כוכבי הלכת הארציים": כוכב חמה, נוגה, כדור הארץ ומאדים. אחריהם נמצאת חגורת האסטרואידים, המורכבת ממאות אלפי אסטרואידים, וביניהם כוכב לכת ננסי אחד ‒ קרס. אחריהם ממוקמים ארבעת "כוכבי הלכת החיצוניים", המכונים "ענקי הגזים": צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון. ב"מערכת השמש החיצונית", מעבר לנפטון, נמצאים גופים המכונים "גופים טרנס־נפטוניים", והם בנויים מסלעים ומקרח. ניתן לחלק את מערכת השמש החיצונית לשלושה תחומים: חגורת קויפר, הדיסק המפוזר ועננת אורט. התגלו באזור זה יותר מאלף עצמים, ובהם ארבעה גופים המוגדרים ככוכבי לכת ננסיים: פלוטו, האומיה, מאקה־מאקה ואריס.

מערך

מסלולם של כוכבי הלכת במערכת השמש נמצא בקירוב על מישור אחד ‒ "מישור המילקה", המוגדר כמישור שעליו נמצא מסלול כדור הארץ סביב השמש. לעומת זאת, מסלולם של שביטים וגופים בחגורת קויפר נמצא לעיתים בזווית משמעותית יחסית למישור זה. כל כוכבי הלכת, כוכבי הלכת הננסיים ומרבית הגופים הקטנים במערכת השמש סובבים את השמש באותו כיוון ‒ נגד כיוון השעון, אם מתבוננים מנקודה מעל הקוטב הצפוני של השמש.
בהתאם לחוק הראשון של קפלר, מסלולם של הגופים סביב השמש הוא אליפטי, כאשר השמש נמצאת באחד המוקדים של האליפסה, ולכן המרחק מהשמש משתנה במהלך ההקפה. המרחק הקטן ביותר בין כוכב לכת לשמש קרוי "פריהליון", והמרחק הגדול ביותר קרוי "אפהליון". לכוכבי הלכת מסלולים בעלי אקסצנטריות נמוכה, כלומר הם כמעט מעגליים. לעומת זאת, שביטים וחלק מהגופים הטרנס־נפטוניים נמצאים במסלולים אליפטיים בעלי אקסצנטריות גבוהה. החוק השני של קפלר והחוק השלישי שלו קובעים את הקשר בין המרחק מהשמש ומהירות התנועה של העצם שסביבה. לדוגמה, כוכב חמה, הקרוב ביותר לשמש, נע במהירות הגבוהה ביותר מבין כוכבי הלכת (47.4 ק"מ לשנייה בממוצע) ‒ ואילו נפטון, כוכב הלכת המרוחק ביותר מהשמש, נע לאט מכל יתר כוכבי הלכת (5.4 ק"מ לשנייה בממוצע).
חוקי קפלר נובעים מכוח הכבידה הפועל בין השמש ובין העצמים הנוספים במערכת השמש, אולם העצמים השונים במערכת השמש מפעילים כוח כבידה גם זה על זה. על כן, תנועתם המדויקת של גופים אלו סביב השמש ותנועת הירחים סביבם דורשת הסבר מדויק ומורכב יותר משימוש בחוקי קפלר ותו לא. בפועל מתקיימת תהודה מסלולית בין גופים שונים במערכת השמש. זו יכולה להיות תהודת מסלול־מסלול, כמו למשל התהודה בין איו, אירופה וגנימד, שלושה מירחיו של צדק, או התהודה בין מסלולו של נפטון למסלולו של פלוטו ולמסלולם של גופים נוספים בחגורת קויפר. התהודה יכולה להתבטא גם כתהודת סיבוב־מסלול, כמו התהודה בין פלוטו לכארון, בין כדור הארץ לירח, או בין סיבובו של כוכב חמה סביב צירו לסיבובו סביב השמש.
אסטרונומים מודדים מרחקים במערכת השמש ביחידות אסטרונומיות (AU). יחידה אסטרונומית אחת שווה למרחק הממוצע בין כדור הארץ לשמש, וגודלה 149,597,870 ק"מ. כך למשל, פלוטו נמצא במרחק של 49.3 יחידות אסטרונומיות מהשמש באפהליון ו־29.7 יחידות אסטרונומיות בפריהליון, ואילו צדק נמצא במרחק של 4.95 עד 5.46 יחידות אסטרונומיות במהלך ההקפה.

סיווג הגופים במערכת השמש

מערכת השמש מורכבת מגופים רבים, ומדי שנה מתגלים בה גופים חדשים. עד שנת 2006 היה מקובל לסווג תשעה מהגופים הגדולים שסובבים את השמש ככוכבי לכת. באוגוסט של אותה שנה החליט האיגוד האסטרונומי הבינלאומי לשנות את ההגדרה של כוכב לכת ולהוסיף סוג נפרד של גופים, הקרוי כוכבי לכת ננסיים. שאר הגופים במערכת השמש קרויים גופים קטנים במערכת השמש. לכל כוכבי הלכת במערכת השמש, מלבד כוכב חמה ונוגה, יש ירחים משלהם הסובבים אותם. נכון לספטמבר 2008, 335 גופים מסווגים כירחים, מתוכם 167 ירחים הסובבים את שמונת כוכבי הלכת, 6 ירחים הסובבים כוכבי לכת ננסיים, והשאר סובבים אסטרואידים וגופים אחרים במערכת השמש.

כוכבי לכת ננסיים

כוכב לכת ננסי מוגדר כגוף העומד בשני הקריטריונים הראשונים של כוכב לכת, אבל אינו צריך לעמוד בקריטריון השלישי. כמו כן, אסור לכוכב לכת ננסי להיות ירח של עצם אחר. המניע הלא רשמי להוצאת פלוטו מרשימת כוכבי הלכת ופתיחת הקטגוריה החדשה היה הוא כפול: זה עשרות שנים מאז התגלה מסלולו של פלוטו, הוא נחשב לחריג. הוא אינו מקיף את השמש במישור המילקה, והאקסצנטריות של מסלולו גדולה עד כדי כך שלעיתים הוא הוא קרוב לשמש יותר מאשר נפטון. על כך נוספו תגליות של גופים בעלי גודל דומה לזה של פלוטו במערכת השמש החיצונית. כך למשל, בשנת 2003 התגלה העצם אריס, וחשבוהו לגדול מפלוטו (דבר זה הוכח כשגוי ב־2015).
אסטרונומים רבים טענו כי יש להגדיל את מספר כוכבי הלכת ל־10, ולעומתם טענו אחרים כי יש לשלול מפלוטו את מעמדו ולהותיר את מערכת השמש עם שמונה כוכבי לכת בלבד. הדבר עורר ויכוח על הגדרתו המדויקת של כוכב לכת, ולבסוף תוצאתו הייתה שלילת הסטטוס כוכב לכת מפלוטו ופתיחת קטגוריה חדשה של כוכבי לכת ננסיים.
עם כניסת ההחלטה לתוקף, שני הגופים הטרנס־נפטוניים פלוטו ואריס, יחד עם האסטרואיד קרס, היו הגופים הראשונים שהוגדרו ככוכבי לכת ננסיים. בשנת 2008 קיבלו גם הגופים הטרנס־נפטוניים מאקה־מאקה והאומיה מעמד זהה. גופים נוספים עשויים להתווסף לרשימה בעתיד, עם גילוי עצמים חדשים או סיווג מחודש של גופים מוכרים.

השמש

השמש () היא כוכב האם של מערכת השמש. רוב רובה של המסה במערכת השמש מרוכזת בשמש עצמה. השמש מסווגת ככוכב הסדרה הראשית מסוג G (ראו דיאגרמת הרצשפרונג־ראסל), והיא בעלת סיווג ספקטרלי G2V. השמש נמצאת במחצית חייה לערך והיא מייצרת אנרגיה באמצעות היתוך גרעיני של מימן. בעוד כ־5 מיליארד שנה צפויה השמש לתפוח ולהפוך לענק אדום. גודלה יהיה כה גדול, עד שהיא עשויה לבלוע את כדור הארץ (אי הוודאות בסוגיה נובע מכך שייתכן כי מסלול כדור הארץ יתרחק מהשמש. במסלול הנוכחי כדור הארץ ייבלע). לאחר שתכלה את מקורות האנרגיה שלה, תפלוט השמש את השכבות החיצוניות, הן ייהפכו לערפילית פלנטרית, ואילו השמש עצמה תהפוך לננס לבן, בלי לעבור פיצוץ סופרנובה. כעבור עשרות מיליארדי שנה נוספים צפוי הננס הלבן להתקרר ולהפוך לננס שחור ‒ כוכב קטן ואפל.
עקב פעילות היתוך גרעיני פולטת השמש באופן קבוע זרם של חלקיקים טעונים (פלזמה), הידוע כרוח השמש, במהירויות של בין 300 ל־600 קילומטרים בשנייה. הדבר יוצר מעין אטמוספירה הנקראת הליוספירה, והיא מגיעה למרחק של עד 100 יחידות אסטרונומיות מהשמש. סביבה זו נקראת בשם התווך הבין־כוכבי. הסיבוביות של השמש משפיעה במקביל עם השדה המגנטי שלה על התווך הבין־כוכבי ויוצרת את השדה המגנטי הבין־כוכבי. שני הכוחות המנוגדים של הרוח הסולארית, שדוחפת חומר החוצה, וכוחות הכבידה המגנטיים של השמש, שמושכים את החומר פנימה, יוצרים מערכת יציבה של כוכבי לכת.
השמש עשירה בחומר, דבר המרמז על כך שהיא עצם גלקטי חדש יחסית, שנולד בשלבים המאוחרים של אבולוציית היקום. הואיל וכך, היא מכילה חומרים כבדים מהליום וממימן (משמע "מתכות" בניב האסטרונומי) בכמות רבה יותר, יחסית לכוכבים ותיקים יותר הנמצאים למשל בצבירים כדוריים. מאחר שההליום והמימן נוצרו בתהליך הפיצוץ של הכוכבים העתיקים, הדור ההוא של הכוכבים היה צריך למות כדי שהיקום יעשיר את עצמו בחומרים כבדים. זו הסיבה אפוא לכך שכוכבים עתיקים מכילים מעט מתכות, ואילו הכוכבים החדשים יותר מכילים חומרים כבדים בכמות רבה יותר. בזמן היווצרות מערכת השמש, קיומם של החומרים הכבדים היה מרכיב מפתח בהתפתחות מערכת כוכבי הלכת, מאחר שהכוכבים צמחו בעזרת החומרים האלה.

מערכת השמש הפנימית

מערכת השמש הפנימית מכילה ארבעה כוכבי לכת המסווגים בקבוצת כוכבי הלכת הארציים, והם ארבעת כוכבי הלכת הראשונים במערכת השמש שנמצאים קרוב לשמש ‒ כוכב חמה, נוגה, כדור הארץ ומאדים. הם מאופיינים בדחיסותם ובהרכבם הסלעי, ובניגוד לענקי הגז יש להם בוודאות קרקע מוצקה. כוכבי הלכת הארציים מתאפיינים בהיעדר מערכת טבעות פלנטריות ומספר מועט של ירחים (או ללא ירחים כלל).
כוכבי הלכת הארציים מורכבים בעיקר ממינרלים בעלי נקודת רתיחה גבוהה, שיוצרים את קרום כוכבי הלכת, חומרים חצי־נוזליים שיוצרים את מעטפת כוכבי הלכת, ומתכות כמו ברזל, היוצרות את ליבת כוכבי הלכת.
ארבעת כוכבי הלכת הם בעלי מכתשים שנוצרו בשל פגיעת מטאורים, ולכולם פרט לאחד יש מאפיינים של תנועת לוחות טקטוניים ופעילות הרי געש. מכנה משותף נוסף הוא האטמוספירה שלהם ‒ לכולם יש "אטמוספירה משנית", שנוצרה לאחר שהוצתה השמש ושרפה את "האטמוספירה הראשונית".

כוכב לכת חמה

כוכב חמה () הוא כוכב הלכת הקרוב ביותר לשמש. הוא נמצא במרחק ממוצע של 0.38709893 יחידות אסטרונומיות ממנה, והוא כוכב הלכת בעל המסה הנמוכה ביותר במערכת השמש ‒ מסתו היא רק 5.5% ממסת כדור הארץ, וקוטרו 4,878± ק"מ לעומת 12,756 ק"מ של כדור־הארץ. הוא חסר ירחים. שמו בלועזית הוא מרקורי, על שמו של האל הרומי מרקוריוס, שהיה אל המסחר והרווח ופטרונם של הסוחרים והמטיילים.
לכוכב חמה יש ליבת ברזל והוא מורכב מכ־30% סיליקט וכ־70% ברזל. ליבת המתכת תופסת 42% מנפח כוכב הלכת (בהשוואה לליבת כדור הארץ, התופסת רק 17%). את הליבה מקיפה מעטפת של 600 ק"מ. כוח המשיכה על פניו קטן פי 2.5 מאשר על פני כדור הארץ. לכוכב חמה יש אטמוספירה דקה מאוד ובין שני צדדיו יש הבדלי טמפרטורה גבוהים, זאת מפאת קרבתו לשמש וסיבובו האטי סביב צירו (יממה כוכבית = 58.6462 ימי ארץ). יממתו השמשית היא 176 ימי ארץ, והקפת השמש אורכת 87.9691 ימי ארץ.

נוגה

נוגה () הוא כוכב הלכת השני מהשמש, ונמצא במרחק ממוצע של 0.7 יחידות אסטרונומיות ממנה. נוגה הוא כוכב הלכת הקרוב ביותר לכדור הארץ ולשניהם דמיון בממדיהם, במסה שלהם ובצפיפותם. קוטרו של כוכב הלכת נוגה הוא 12,100 ק"מ, לעומת קוטרו של כדור הארץ, שהוא 12,800 ק"מ, ומסתו כ־81.5% ממסת כדור הארץ. כמו כוכב חמה, גם לנוגה אין ירחים. שמו בלועזית הוא ונוס, על שמה של האלה הרומית ונוס, שהייתה אלת היופי והאהבה, שם המרמז על יופיו וזוהרו של כוכב הלכת.
לנוגה ליבה של מתכת הכוללת ניקל וברזל. הרדיוס של ליבה זו הוא כ־3,000 ק"מ. ליבה זו מוקפת במעטפת סלעית ובקרום סלעי. קרוב ל־90% מפני השטח של נוגה נראים כמכילים לבה בזלתית ממוצקת חדשה יחסית ומעט מאוד מכתשים, שנוצרו על ידי מטאורים. רוב מראות הנוף בנוגה הם תוצאה של התפרצויות געשיות וזרימה של לבה. פני השטח בנוגה מלאים במכתשים, בקעות, מישורים קטנים והרי געש נישאים.
האטמוספירה של נוגה צפופה מאוד, והיא למעשה מסך כבד של עננים, העוטף את פני השטח ויוצר אטמוספירה של כבשן לוהט המורכב בעיקר מפחמן דו־חמצני ומכמויות קטנות של חנקן. הלחץ בפני השטח הוא פי 90 מבכדור הארץ. הכמות העצומה של CO₂ באטמוספירה גורמת לאפקט חממה חזק, והוא מעלה את טמפרטורת פני השטח ביותר מ־400°C וגורם לה להגיע לטמפרטורת גבוהות של 500°C במקומות נמוכים סמוך לקו המשווה. כך פני השטח של נוגה לוהטים אף יותר משל כוכב חמה, אף שנוגה רחוק כמעט פי שניים מהשמש ומקבל רק 25% מהקרינה הסולרית.

כדור הארץ

כדור הארץ () הוא כוכב הלכת השלישי מהשמש, והוא נמצא במרחק יחידה אסטרונומית אחת ממנה. כדור הארץ הוא הכוכב הגדול ביותר מבין ארבעת כוכבי הלכת הפנימיים (קוטרו 12,756 ק"מ), הוא היחיד המראה פעילות געשית ודאית, היחיד שעדיין מקיים מערכת פועלת של לוחות טקטוניים, וחשוב מכל ‒ הוא כוכב הלכת הוודאי היחיד בכל מערכת השמש המקיים חיים.
אטמוספירת כדור הארץ צפופה באופן יחסי, ומורכבת מכ־78% חנקן, 21% חמצן, 1% ארגון וכמויות קטנות של גזים אחרים ובראשם פחמן דו־חמצני. ההידרוספירה הנוזלית שלו ייחודית מבין כוכבי הלכת הארציים, והיא מאפשרת תהליך של מחזור המים בתהליך מחזור הידרולוגי. האטמוספירה של כוכב הלכת שונה גם כן משאר כוכבי הלכת הארציים, מאחר שהיא היחידה ששונתה על ידי החיים בו. בגובה של כ־20 ק"מ שוכנת שכבת האוזון של כדור הארץ, והיא מגינה עליו מפני הקרינה העל־סגולה המגיעה מהשמש.
לכדור הארץ אין מערכת טבעות פלנטריות, אך יש לו לווין טבעי גדול ‒ הירח, הנמצא במרחק ממוצע של כ־384,405± ק"מ ממנו. לעיתים מקטלגים את הירח ככוכב לכת ארצי הנמצא במסלול משותף עם הארץ סביב השמש , אך בניגוד לכוכבי הלכת הארציים האחרים, חסרה לו ליבת ברזל ואטמוספירה בסיסית שתגן עליו.

מאדים

מאדים () הוא כוכב הלכת הרביעי מהשמש, והוא נמצא במרחק ממוצע של 1.5 יחידות אסטרונומיות ממנה. מבין ארבעת הכוכבים הארציים, מאדים הוא השלישי בגודלו, מסתו כעשירית (10.7%) ממסת כדור הארץ וקוטרו 6,721 ק"מ, לעומת 12,756 ק"מ של כדור הארץ.
אטמוספירת מאדים דקה מאוד ומורכבת מ־95% פחמן דו־חמצני, 3% חנקן, 1.6% ארגון ומעט חמצן ומים. במאדים אין משקעים כבכדור הארץ, ולכן סופות החול המשתוללות על פניו עתירות אבק ‒ דבר המקנה לו את צבעו האדום. פני שטחו מורכבים בעיקר מבזלת, הנוצרת מהתקררות מהירה של לבה, ולכן חוקרים משערים כי בעברו הלא רחוק כוכב הלכת היה פעיל מבחינה גאולוגית.
שמו של הכוכב בלועזית הוא מרס, על שמו של האל הרומי מרס שהיה אל המלחמה, וניתן לו בשל מראהו האדום בשמי הלילה, מאחר שהצבע האדום מתקשר לדם ולמלחמה. צבעו הקנה לו גם את הכינוי "כוכב הלכת האדום".
למאדים שני ירחים קטנים, פובוס ודימוס, ובגלל צורתם המשונה משערים שהם אסטרואידים שמקורם בחגורת האסטרואידים ‒ ונלכדו על ידי כוח המשיכה של כוכב הלכת.

חגורת האסטרואידים

אסטרואידים מוגדרים כ"גופים קטנים במערכת השמש", שמורכבים ברובם מסלעים ומחומרים לא נדיפים אחרים. אסטרואידים בעלי קוטר הקטן מ־50 מטר מכונים מטאורואידים.
חגורת האסטרואידים נמצאת במסלול בין מאדים לבין צדק במרחק של 2.3 עד 3.3 יחידות אסטרונומיות מהשמש, והיא מפרידה בין כוכבי הלכת הפנימיים לבין כוכבי הלכת החיצוניים. האמונה הרווחת היא כי החגורה מורכבת משאריות של כוכב ארצי שקרס בגלל ההשפעות הכבידתיות המנוגדות של השמש ושל צדק. מנגד קיימת תאוריה נוספת, האומרת כי האסטרואידים הם שאריות של הענן ההתחלתי של מערכת השמש שלא התמזגו לכדי גוף אחד, בגלל השפעת כוח הכבידה של צדק.
גודלן של שאריות אלו משתנה ונע בין גודל של אבק כוכבי ואבנים קטנות, ומגיע עד למאות קילומטרים. מספרם המדויק של האסטוראידים בחגורה אינו ידוע, אך משערים שהוא עומד על כ־50,000. בשל הגודל העצום של החגורה, המרחק בין האסטרואידים השונים גדול מאוד וחגורת האסטראודים דלילה מאוד. יתרה מזאת, מספרם הרב אינו מעיד על מסה גבוהה ‒ מסת כדור הארץ גדולה פי אלף מהמסה של כל האסטרואידים יחדיו.
אף על פי שהאסטרואידים מוגדרים כגופים קטנים במערכת השמש, הגדולים שבהם, כמו וסטה והיגאה, עשויים לעלות בדרגה לכוכב לכת ננסי אם יוכח כי הם כדוריים. כיום קרס הוא כוכב הלכת הננסי היחיד בחגורת האסטרואידים. בניגוד לגופים קרובי ארץ, הגופים בחגורת האסטרואידים אינם מסכנים את כדור הארץ.

קרס

קרס (  ) הוא כוכב הלכת הלוויני הגדול ביותר בחגורת האסטרואידים, נמצא במרחק ממוצע של 2.77 יחידות אסטרונומיות מהשמש וקרוי על שמה של האלה הרומית קרס. הגודל העצום של האסטרואיד מכיל 40% מהמסה הכוללת של כל האסטרואידים באזור זה של מערכת השמש. קוטרו עומד על 975 ק"מ, בהשוואה ל־12,756 ק"מ של כדור־הארץ.
האסטרואיד נתגלה ב־1 בינואר 1801 על ידי האסטרונום האיטלקי ג'וזפה פיאצי, כאשר חיפש הלה כוכב לכת אחר, אך בשל טעות בקואורדינטות זיהה גוף דמוי כוכב לכת אך קטן בהרבה. תחילה חשבו שהוא "כוכב הלכת החסר" שבין מאדים לצדק, ובשנת 1807 אף נרשם ככוכב לכת בפועל (יחד עם פאלאס, יונו ווסטה) והופיע בתואר זה בספרות המקצועית במשך חצי מאה ‒ עד שהבינו החוקרים כי האזור כולו מכיל אלפי גופים קטנים. בשנת 1852 הם סווגו מחדש כ"אסטרואידים".
ייחודו של קרס הוא, שמאז שנת 2006 הוא אינו מסווג עוד כגוף קטן במערכת השמש, אלא בדרגה אחת גבוה יותר ‒ כוכב לכת ננסי. זאת משום שמסתו גדולה דיה כדי שכבידתו תהפוך את צורתו לכדורית. בשל ייחודו של הגוף ומבנהו הכדורי, שסיקרן מדענים במשך עשורים, שיגרה נאס"א בשנת 2007 את הגשושית שחר (Dawn). היא נכנסה למסלול סביבו ב־2015 והחלה לחקור את סביבתו.

מערכת השמש התיכונה

מערכת השמש התיכונה מכילה את ארבעת כוכבי הלכת הנותרים של מערכת השמש, והם הנמצאים מעבר לחגורת האסטרואידים. אותם כוכבי לכת מסווגים כענקי גזים. ענקי הגזים כה גדולים, עד כי הם מרכיבים כ־99% מהמסה שנמצאת במסלול סביב השמש.
שני הענקים הראשיים ‒ צדק ושבתאי ‒ גדולים במיוחד. המסה של צדק גדולה פי 318 מזו של כדור הארץ, והמסה של שבתאי גדולה פי 95 מזו של כדור הארץ. הם מורכבים בעיקר ממימן ומהליום.
אורנוס ונפטון קטנים יותר: המסה של אורנוס גדולה פי 14 ממסת כדור הארץ, והמסה של נפטון גדולה פי 17 ממסת כדור הארץ. האטמוספירות שלהם מכילות כמות קטנה של מימן והליום, ואחוז גבוה של "קרח" המורכב ממים, אמוניה ומתאן. על כן, יש המכנים אותם ענקי קרח.
סביב ארבעת כוכבי הלכת הללו יש מערכות של טבעות פלנטריות, המורכבות משברי סלעים ומקרח, ואולם רק בטבעות של שבתאי ניתן להבחין בקלות יחסית מכדור הארץ (עד לשנות ה־70 של המאה ה־20 לא ידעו על קיומן של טבעות פלנטריות סביב כוכבי הלכת האחרים). כמו כן מאופיינים ארבעתם במספר גדול יחסית של ירחים ‒ לגדולים שבהם עשרות רבות של ירחים.

צדק

צדק () הוא כוכב הלכת החמישי מהשמש והוא ענק הגזים הראשי. צדק נמצא במרחק ממוצע של 5.2 יחידות אסטרונומיות מהשמש, והוא כוכב הלכת המסיבי ביותר במערכת השמש ‒ מסתו גדולה פי 318 מהמסה של כדור הארץ ופי 2.5 מהמסה הכוללת של שאר כוכבי הלכת. קוטרו של צדק הוא 142,990 ק"מ, לעומת 12,800 ק"מ בלבד של כדור הארץ. גודלו והמסה שלו זיכו אותו בכינוי "שואב אבק קוסמי", עקב כוח המשיכה הרב שלו. שמו בלועזית הוא יופיטר, על שמו של האל הרומי יופיטר, שהיה ראש האלים והיה ממונה על החוק, הצדק, שמירת הסדר הציבורי וכן על השמים, האור והרעם. מקבילו במיתולוגיה היוונית הוא האל זאוס.
לצדק כמה טבעות פלנטריות המחוברות על ידי חלקיקי אבק, כאשר הטבעת החיצונית רחוקה ודלילה מאוד ומקיפה את צדק במהופך. לצדק יש עשרות ירחים, ועד עתה זוהו בוודאות 63 כאלה, חלקם אסטרואידים שנלכדו בכוח המשיכה הרב שלו. ארבעת הירחים העיקריים, והגדולים ביותר ‒ איו, אירופה, גנימד וקליסטו ‒ מכונים הירחים הגליליאניים. קוטרו של גנימד גדול מקוטרו של כוכב הלכת הארצי הקרוב ביותר לשמש, כוכב חמה ‒ 5,262 ק"מ, לעומת 5,140 ק"מ.

שבתאי

שבתאי () הוא כוכב הלכת השישי מהשמש והוא ענק הגזים השני (אחרי צדק). שבתאי נמצא במרחק ממוצע של 9.5 יחידות אסטרונומיות מהשמש, והוא כוכב הלכת המסיבי השני במערכת השמש כולה, אחרי צדק; מסתו גדולה פי 95 מהמסה של כדור הארץ, וצפיפותו הכוללת נמוכה מהצפיפות של מים. קוטרו של שבתאי 120,500 ק"מ, לעומת 142,990 ק"מ של צדק ו־12,800 ק"מ בלבד של כדור הארץ. שמו בלועזית הוא סטורן, על שמו של האל הרומי סטורן, שהיה אל הזמן, המקביל של קרונוס במיתולוגיה היוונית.
שבתאי בעל ליבה מברזל וסלע, ומסביבה מצוי אזור של מימן מתכתי המשתרע עד למחצית הרדיוס של שבתאי. מעבר לו מתחילה האטמוספירה, שמורכבת מ־93% מימן ו־5% הליום. שבתאי מפורסם בזכות מערכת הטבעות הפלנטריות שמקיפה אותה. הטבעות, בעובי ק"מ, מורכבות מגושי קרח ונטויות בזווית של 6.73 מעלות ביחסית למישור ההקפה סביב השמש. כבר מתחילת התצפיות בשבתאי התגלה רווח המפריד בין טבעת פנימית לחיצונית ‒ רווח קאסיני. עם שיפור התצפיות וקבלת מידע מגשושיות שמקיפות את שבתאי התגלה כי מדובר במערכת בת מאות טבעות, מהפנימיות ביותר ועד החיצוניות.
לשבתאי כמה עשרות ירחים, ומתוכם זוהו בוודאות 60. הירח הגדול ביותר,
טיטאן, והירחים אנסלדוס ודיוני מראים סימנים של פעילות גאולוגית, אף שהם מורכבים בעיקר מקרח, והקרח שנפלט מהם משמש לפחות כחלק מחומר הטבעות. כמו כן, לטיטאן אטמוספירה סמיכה, המכילה בעיקר מתאן וחנקן, והוא הירח היחיד במערכת השמש שיש לו אטמוספירה משמעותית משלו. כמו גנימד, הירח של צדק, גם קוטרו של טיטאן גדול מקוטרו של כוכב הלכת הארצי הקרוב ביותר לשמש, כוכב חמה ‒ 5,150 ק"מ לעומת 5,140 ק"מ.

אורנוס

אורנוס () הוא כוכב הלכת השביעי מהשמש והוא אחד משני ענקי הקרח (יחד עם נפטון). אורנוס נמצא במרחק ממוצע של 19.6 יחידות אסטרונומיות מהשמש. מסתו גדולה פי 14 מהמסה של כדור הארץ, וקוטרו עומד על 51,118 ק"מ לעומת 12,800 ק"מ בלבד של כדור הארץ. שמו של כוכב הלכת קרוי על שמו של השליט הראשון של היקום על פי המיתולוגיה היוונית ‒ אורנוס ‒ שהיה סמל היצירה והבריאה. שמו בעברית אורון, על שם האור החיוור הנראה ממנו (שם זה הוא חדש).
אורנוס הוא ענק גזים המורכב גם מסוגים שונים של קרח, ולכן הוא עולם קפוא עם טמפרטורה של 218°C-. יש לו ליבה מותכת של ברזל וסיליקטים, המוקפת בשכבה עבה של "קרח" מתאן ואמוניה. מעבר לשכבות המוצקות משתרעת האטמוספירה העבה, המורכבת מ־83% מימן, 15% הליום ו־2% מתאן. צבעו הכחלחל נובע מהספיגה של הצבע האדום על ידי המתאן באטמוספירה. כמו נוגה, הוא סובב סביב צירו בכיוון ההפוך לכיוון שבו סובבים יתר כוכבי הלכת סביב צירם. הוא נטוי על צירו בזווית של 97.86 מעלות יחסית למישור הקפתו את השמש.
לאורנוס, כמו לשאר כוכבי הלכת במערכת השמש התיכונה, יש מערכת טבעות פלנטריות, והיא מורכבת מ־11 טבעות שונות. בגלל הנטייה המוזרה שלו, הטבעות סובבות אותו מלמעלה למטה. את כוכב הלכת סובבים גם כמה ירחים, ועד היום זוהו בוודאות 27 ירחים. הגדולים והמפורסמים שבהם הם טיטניה ואוברון.

נפטון

נפטון () הוא כוכב הלכת השמיני מהשמש והוא ענק הקרח השני (אחרי אורנוס). נפטון נמצא במרחק ממוצע של 30 יחידות אסטרונומיות מהשמש. מסתו גדולה פי 17 מהמסה של כדור הארץ, קוטרו עומד על 49,538 ק"מ לעומת 12,800 ק"מ בלבד של כדור הארץ, והוא הקטן והמרוחק ביותר מבין ארבעת כוכבי הלכת החיצוניים. נפטון קרוי על שמו של נפטון ‒ אל הים במיתולוגיה הרומית, ומקבילו של פוסידון במיתולוגיה היוונית. שמו בעברית רהב, על שם שר הים במיתולוגיה היהודית (שם זה הוא חדש).
במרכזו של נפטון ישנה ליבה של ברזל וסיליקטים, ומסביבה שכבת קרח המכילה מים, מתאן ואמוניה. סביבה משתרעת האטמוספירה, המכילה 80% מימן 19% הליום ו־1% מתאן. כמו אורנוס, גם נפטון מקבל גוון כחול בשל הימצאות מתאן באטמוספירה, הבולעת את הצבע האדום. גם בעולם קפוא זה הטמפרטורה הממוצעת עומדת על פחות מ־218°C-, בגלל המרחק הרב מהשמש. על נפטון ישנן הרוחות החזקות ביותר במערכת השמש, במהירות של יותר מ־2,000 קמ"ש, וכמו בצדק, משתוללת על כוכב הלכת סופה ענקית, והיא מכונה הכתם האפל הגדול.
לטבעות הפלנטריות של נפטון מבנה מיוחד. הסיבה לכך עדיין אינה מובנת לאשורה, אך ייתכן שהן מושפעות מכוח המשיכה של הירחים שנמצאים במסלול קרוב אליהם. לנפטון יש 13 ירחים ידועים, הגדול ביניהם הוא טריטון ‒ טריטון מקיים פעילות גאולוגית, והוא נצפה על ידי הגשושית וויאג'ר 2 מעיף גייזרים של חנקן נוזלי לגובה של 8 ק"מ. אף על פי שישנם כמה ירחים קפואים במערכת השמש, טריטון דומה בגודלו, בצפיפותו, ובהרכבו לפלוטו, וההערכה היא שטריטון היה גוף עצמאי עד שנלכד בכבידתו של נפטון. בעוד 1.4 עד 3.6 מיליארד שנה הוא יתפורר בשל כבידה זו.

מערכת השמש החיצונית

מערכת השמש החיצונית היא המרחב החיצוני למערכת השמש, באזור שמעבר לנפטון. באזור זה שוכנים גופים המכונים גופים טרנס־נפטוניים, הבנויים מסלעים וקרח. ניתן לחלק את מערכת השמש החיצונית לשלושה תחומים: חגורת קויפר, הדיסק המפוזר ועננת אורט. באזורים אלה התגלו אלפי עצמים, ובהם ארבעה גופים המוגדרים ככוכבי לכת ננסיים: פלוטו, האומיה, מאקה־מאקה ואריס.

חגורת קויפר

חגורת קויפר הוא אזור שמעבר לנפטון, במערכת השמש החיצונית, ונמצא במרחק 30 עד 50 יחידות אסטרונומיות מהשמש. הגופים המאכלסים חגורה זו עשויים מסלעים ומקרח. רובם מסווגים כגופים קטנים במערכת השמש, ואילו הגדול שבהם, פלוטו, מסווג ככוכב לכת ננסי. שביטים בעלי זמן מחזור קצר, קטן מ־200 שנה, נמצאים בחגורת קויפר בחלק ממסלולם.
עד שנת 2006 התגלו בחגורת קויפר קרוב ל־1000 גופים בעלי קוטר גדול מ־50 קילומטר, אולם קרוב לוודאי שמספרם בפועל גדול הרבה יותר. ניתן לחלק אותם לשתי קבוצות בהתאם לאופי מסלולם: גופים שנמצאים בתהודה מסלולית עם נפטון, וכאלו שמסלולם עם כוכב הלכת אינו מסונכרן. פלוטו ושאר העצמים הקרויים פלוטינו הם דוגמה לעצמים בתהודה מחזורית עם נפטון; הם מבצעים 3 הקפות של השמש על כל 2 הקפות של נפטון (יחס 2:3). רוב העצמים שהתגלו בחגורת קויפר אינם נמצאים בתהודה עם נפטון, והם קרויים קובווינו. מסלולם נמצא בין המסלול של גופי הפלוטינו ובין המסלול של גופי הטווטינו, שנמצאים בתהודה של 1:2 עם נפטון.

פלוטו

פלוטו (), שנמצא במרחק ממוצע של 39.5 יחידות אסטרונומיות מהשמש, הוא הגוף הגדול ביותר מכל הגופים המוכרים בחגורת קויפר. יחד עם הירח הגדול שלו, כארון, הם מרכיבים מערכת כפולה שבה שני הגופים "נעולים" נעילת גאות ומפנים באופן קבוע אותו צד זה כלפי זה. נוסף על פלוטו ולכארון, התגלו עוד ארבעה ירחים זעירים שסובבים את מרכז המסה של המערכת, הנמצא מחוץ לפלוטו.
מקור שמם של פלוטו וכארון בדמויות מיתולוגיות הקשורות לשאול ‒ פלוטו הוא אל השאול במיתולוגיה הרומית, ואילו כארון הוא משיט המעבורת אל השאול במיתולוגיה היוונית.
פלוטו מורכב מקרח, מתאן מוצק, חנקן מוצק ופחמן חד־חמצני מוצק. טמפרטורת פני השטח נעה בין 40 ל־60 קלווין, וסביבו נמצאת אטמוספירה דלילה, שהטמפרטורה בחלקה העליון מגיע עד 106 קלווין.

האומיה

האומיה הוא כוכב לכת ננסי הנמצא בחגורת קויפר, במרחק ממוצע של 43 יחידת אסטרונומיות מהשמש, וקוטרו מוערך ב־1,150 ק"מ. מקור שמו של העצם בשמה של אלת הלידה והפריון במיתולוגיה ההוואית.
שני צוותים טענו כי היו הראשונים לגלות את האומיה. גילוי האומיה הוכרז באופן רשמי ב־27 ביולי 2005, לאחר שיומיים קודם לכן סיים צוות ספרדי בראשותו של חוסה לואיס אורטיס מורנו (José Luis Ortiz Moreno) לנתח נתונים שהתקבלו בשנת 2003. במקביל, גילה צוות אמריקאי בראשותו של מייקל בראון את העצם ב־28 בדצמבר 2004, באמצעות תמונות שצילמו במאי 2004. האיגוד האסטרונומי הבינלאומי לא נתן רשמית קרדיט לאף צד ובפרוטוקולים לא צויין מי גילה את הגוף, אך צוין כי שנת הגילוי היא 2003 ומיקום הגילוי הוא מצפה כוכבים סיירה נבאדה ‒ של הצוות הספרדי; הזכות למתן שם, זכות השמורה למגלים, ניתנה לצוות האמריקאי. כך לא נקט האיגוד עמדה, שכן לא צוין מי גילה את האומיה, אך מנגד ניתן קרדיט לשני הצדדים, הואיל ושניהם קיבלו זכויות השמורות למגלים.

מאקה־מאקה

מאקה־מאקה הוא כוכב לכת ננסי הנמצא בחגורת קויפר, במרחק ממוצע של 52 יחידת אסטרונומיות מהשמש, וקוטרו מוערך ב־1,500 ק"מ. מקור שמו של העצם בשמו של האל שברא את העולם על פי המיתולוגיה של בני אי הפסחא.
אף על פי שהתגלה במרץ 2003, הוא קיבל את מעמדו ככוכב לכת ננסי רק ביוני 2008. למרות בהירותו הנראית, 16.7 לעומת 15 של פלוטו, מאקה־מאקה התגלה מאוחר יחסית לגופים דומים באותו אזור, וזאת כנראה בגלל הנטייה הגבוהה של מסלולו.
תצפיות אינפרה־אדומות מרמזות על נוכחות מתאן, דבר המעיד על אטמוספירה. למאקה־מאקה אין ירחים ידועים, אף על פי שלעשרה עד עשרים אחוזים מהגופים הטרנס־נפטוניים צופים שיהיה ירח אחד או יותר. מאחר שנוכחות ירח מאפשרת למדוד ביתר דיוק את המסה של העצם, היעדר ירח מקשה על מדידת המסה של מאקה־מאקה.

הדיסק המפוזר

הדיסק המפוזר הוא שם כולל לאזור רחב במערכת השמש החיצונית, הכולל את חגורת קויפר ומסתיים במרחק של מאות יחידות אסטרונומיות מהשמש. מסלולי הגופים בדיסק אינם יציבים בהכרח, וייתכן שחלק מהגופים המרוחקים יותר נסחפו לשם מחגורת קויפר. בניגוד לעצמים שבחגורת קויפר או עצמים קרובים יותר לשמש, זווית הנטייה של העצמים בדיסק המפוזר יחסית למישור המילקה יכולה להיות גבוהה מאוד.

אריס

אריס הוא כוכב לכת ננסי, הנמצא במרחק ממוצע של 68 יחידת אסטרונומיות מהשמש, וקוטרו מוערך במעט יותר מ־2,300 ק"מ, כלומר הוא קטן מפלוטו במקצת. הוא מורכב בעיקר מסלעים ומקרח, והוא הגוף הידוע הגדול ביותר מבין הגופים בדיסק המפוזר. סביב אריס סובב ירח ושמו דיסנומיה.
הגילוי של אריס ומדידת קוטרו היו ה"זרז" להגדרת כוכבי לכת ננסיים כסוג חדש של גופים במערכת השמש, ולהוצאת פלוטו מרשימת כוכבי הלכת. מקור שמו של העצם בשמה של אלת חוסר ההרמוניה במיתולוגיה היוונית ‒ אריס. השם משקף את המהומה בקהילה האסטרונומית, שנוצרה בעקבות גילויו. ירחו של אריס מכונה דיסנומיה על שם בתה מפירת החוק של אריס.

עננת אורט

הנקודה שבה מסתיימת מערכת השמש ומתחיל החלל הבין־כוכבי אינה מוגדרת במדויק, מאחר שהגבול מורכב משני כוחות מנוגדים: הרוח הסולארית, שמרחיבה את מערכת השמש ודוחפת את החומר החוצה, וכוח המשיכה של השמש, שמושך את החומר פנימה. יתרה מזאת, קיימות השפעות מחזוריות של זרוע אוריון של שביל החלב, וגם השפעתה הכבידתית של הגלקסיה מתחילה להיות דומיננטית.
בעוד הרוח הסולרית של השמש מגיעה עד 130 יחידות אסטרונומיות, מעריכים כי הרדיוס של עננת אורט מגיע לכ־30,000 עד 50,000 יחידות אסטרונומיות ‒ מרחק השווה לכרבע מהמרחק שבין השמש לכוכב הקרוב ביותר אלינו ‒ פרוקסימה קנטאורי.
עננת אורט, שיש המעריכים כי היא מורכבת מעד אלף מיליארד גופי קרח, היא המקור של שביטים ארוכי־המחזור בעלי הזנב המוכר. קיומה הוצע לראשונה בשנת 1950 על ידי האסטרונום ההולנדי יואן אורט, שחישב את מסלוליהם ההתחלתיים של כ־20 שביטים ארוכי־מחזור, לפני שמסלולם הופרע על ידי כוכבי הלכת. כיום מסווגים גופים שמקורם באזור זה כגופים בעננת אורט (OCO), והם נחשבים כגופים הטרנס־נפטוניים הרחוקים ביותר במערכת השמש.

סדנה

סדנה הוא העצם הרחוק ביותר שהתגלה אי פעם במערכת השמש. מסלולו אליפטי ביותר, עם אפהליון שמוערך ב־942 יחידות אסטרונומיות ופריהליון של כ־76.1 יחידות אסטרונומיות. הקפתו את השמש אורכת 11,487 שנה.
מייקל בראון, החוקר שגילה את סדנה בשנת 2003, טוען כי מקורו של העצם אינו בחגורת קויפר וגם לא בדיסק המפוזר, בגלל הפריהליון שלו. יתרה מזאת, האפהליון הגדול מרמז כי סדנה חוצה את עננת אורט, ולכן הוא מוגדר כגוף טרנס־נפטוני בעננת אורט (OCO).
אף שגודלו וצורתו אינם ידועים במדויק, קוטרו של סדנה מוערך ב־1,180 עד 1,800 ק"מ, בהשוואה ל־12,756 ק"מ של כדור הארץ ו־3,474 ק"מ של הירח. מעריכים שבסופו של דבר יוגדר העצם ככוכב לכת ננסי, מאחר שהוא גדול יותר מכוכב הלכת הננסי קרס, בעל הקוטר של 975 ק"מ. סדנה כה רחוק מהשמש, עד שהטמפרטורות בו לעולם אינן עוברות את 240°C-. תצפיות מראות כי זהו אחד העצמים האדומים ביותר במערכת השמש, אדום כמעט כמאדים.
במרץ 2014 פורסם כי התגלה עצם רחוק יותר מסדנה, 2012 VP113.

חקר מערכת השמש

השמש, הירח, כוכב חמה, נוגה, מאדים, צדק ושבתאי, שנראים בעין בלתי מזוינת, מוכרים לאנושות כבר אלפי שנים. האסטרונומים של יוון העתיקה היו הראשונים לחקור באופן שיטתי את הטבע הפיזיקלי של גרמי השמים. לפי התאוריות המקובלות אז, מקומו של כדור הארץ הוא במרכז היקום, ואילו כוכבי הלכת, השמש וכוכבי השבת סובבים סביבו. יוצא דופן היה אריסטרכוס מסמוס, שהציע את המודל ההליוצנטרי.
האמונה הרווחת עד תחילת המהפכה המדעית במהלך המאה ה־16 הייתה כי כדור הארץ נמצא במרכז היקום (המודל הגאוצנטרי), וכי הוא שונה משאר העצמים השמימיים. תאוריה זאת התיישבה עם הנתונים האמפיריים על תנועת הכוכבים ועל מה שנראה כנייחות הארץ, והיא גם זכתה לתמיכת הכנסייה הקתולית. מחקר אסטרונומי, שהחל עם עבודתם של ניקולאוס קופרניקוס, גלילאו גליליי, טיכו ברהה, יוהנס קפלר ואייזק ניוטון, הוביל בסופו של דבר לא רק לקבלת הרעיון שכדור הארץ סובב את השמש, אלא גם לדעה שכוכבי הלכת נשלטים על ידי אותם חוקים החלים על כדור הארץ, ולכן הם יכולים להיות דומים לו במובנים שונים.

תצפיות טלסקופיות

גלילאו גליליי היה הראשון שהשתמש בטלסקופ לצורך תצפיות אסטרונומיות. הוא הבחין במכתשים על פני הירח, בכתמי שמש לא קבועים על פני השמש, בארבעת ירחיו של צדק ובטבעותיו של שבתאי. ג'ובאני קאסיני וכריסטיאן הויגנס המשיכו את המחקר של גלילאו, וגילו את הכתם האדום הגדול של צדק ואת טיטאן, ירחו הגדול של שבתאי. בשנת 1682, פרסם אדמונד היילי מחקר, ולפיו תצפיות חוזרות ונשנות של שביט היו למעשה תיעוד של אותו גרם שמים שחוזר בכל 76 שנה (קרוי כיום שביט היילי). הדבר תמך בטענה ששביטים אינם תופעה אטמוספירית, כפי שמקובל היה לחשוב, וכי גופים נוספים מלבד כוכבי הלכת סובבים את השמש.
חקר כוכבי הלכת קיבל תפנית בשנת 1781, כאשר בחן ויליאם הרשל כמה כוכבים וגילה שאחד מהם נע במהירות גדולה בשמים. גרם שמים זה קיבל את השם אורנוס בתוך זמן קצר. בשנת 1801, גילה ג'וזפה פיאצי את קרס, גוף קטן בין מאדים לצדק, והוא נחשב תחילה לכוכב לכת חדש. אולם, גילויים של אלפי גופים קטנים נוספים באותו אזור הוביל לסיווג של גופים אלו, וקרס בתוכם, כסוג חדש של עצמים, הקרויים אסטרואידים. בשנת 1846, אי התאמות במסלולו של אורנוס הביאו כמה אסטרונומים לחשוד כי קיים כוכב לכת גדול נוסף ומרוחק יותר, ששדה הכבידה שלו משפיע על מסלולו של אורנוס. חישוביו של אורבן לה ורייה הובילו בסופו של דבר לגילוי כוכב הלכת נפטון.
אי התאמות נוספות במסלולים של כוכבי הלכת הובילו את פרסיוול לוול להסיק כי קיים גוף נוסף במערכת השמש, והוא כינה אותו "כוכב הלכת X". לוול עצמו לא מצא את כוכב הלכת הנוסף, אך החיפושים נמשכו גם אחרי מותו. בשנת 1930 גילה קלייד טומבו את פלוטו במיקום הנכון על פי החישובים. ברם, פלוטו היה קטן מכדי להשפיע על מסלולם של כוכבי הלכת החיצוניים, ועל כן גילויו היה מקרי. לימים התברר כי מקור אי ההתאמות במסלולים בהערכה לא נכונה של מסת נפטון. בעשור הראשון של המאה ה־21 התגלו גופים נוספים הדומים לפלוטו, הן מבחינת מסלול והן מבחינת גודל, והעיקרי שבהם היה אריס, שהתגלה בשנת 2003 ונחשב תחילה לגדול במעט מפלוטו.

חקר באמצעות גשושיות

מאז תחילתו של עידן החלל, גשושיות מחקר משמשות לחקר מערכת השמש. גשושיות אלו, מצוידות במכשירי מדידה מגוונים, כמו מצלמות ורובוטים לאיסוף דגימות, סיפקו את רוב המידע הידוע כיום לגבי פני השטח של הגופים השונים במערכת השמש. הגוף הנחקר ביותר במערכת השמש, מלבד כדור הארץ, הוא הירח, והוא גם הגוף היחיד שהגיעו אליו בני אדם (במסגרת תוכנית אפולו).
הגשושית הראשונה שצילמה מקרוב וחקרה כוכבי לכת במערכת השמש התיכונה הייתה פיוניר 10, שחלפה על פני צדק בשנת 1973. אחריה, פיוניר 11 הייתה הראשונה שחלפה על פני שבתאי בשנת 1979. הגשושיות של תוכנית וויאג'ר ביצעו סיור ארוך באזור כוכבי הלכת החיצוניים, כאשר גם וויאג'ר 1 וגם וויאג'ר 2 חלפו על פני צדק בשנת 1979 ועל פני שבתאי בשנים 1981-1980. בעת המעבר ליד שבתאי, הוסטה וויאג'ר 2 לעבר אורנוס ועברה לידו בשנת 1986 ומאוחר יותר ליד נפטון, בשנת 1989. שתי גשושיות פיוניר ושתי גשושיות וויאג'ר צפויות להפוך לגופים המלאכותיים הראשונים שיעברו את ההליופאוזה, ויֵצאו ממערכת השמש. בספטמבר 2013 הודיעה נאס"א כי "וויאג'ר 1" הגיעה להליופאוזה, שהיא קצה הגבול המגנטי של מערכת השמש, וכך, לראשונה בתולדות האנושות, הגיע חפץ מעשה ידי אדם אל מעבר למערכת השמש. נכון ליוני 2016 נמצאת ווי'אגר 1 במרחב הבין־כוכבי, ואילו וויאג'ר 2 נמצאת בגבול העליון של ההליופאוזה.
הגשושית הראשונה שנחתה על פני גוף אחר במערכת השמש הייתה לונה 2 הסובייטית, שפגעה בפני הירח בשנת 1959. מאז, גופים מרוחקים יותר ויותר היו מטרה לגשושיות רובוטיות שונות. בין הנחיתות פורצות הדרך, ניתן לציין את הנחיתה בשנת 1966 של גשושית על פני נוגה (תוכנית ונרה). בשנות ה־70 של המאה ה־20 נחתו כמה גשושיות על פני מאדים (תוכנית מארס ותוכנית ויקינג), בשנת 2001 נחתה גשושית על פני האסטרואיד ארוס (NEAR Shoemaker), ובשנת 2005 נחתה גשושית (הויגנס) על פני טיטאן, אחד מירחיו של שבתאי.
גשושיות מחקר לא מאוישות כבר הגיעו לכל כוכבי הלכת במערכת השמש, והחלק היחיד שלה שטרם נחקר הוא האזור הטרנס־נפטוני. הגשושית ניו הוריזונס, ששוגרה בשנת 2006, היא הגשושית הראשונה שחקרה גופים במערכת השמש החיצונית. היא חלפה על פני פלוטו ב־14 ביולי 2015, וב־1 בינואר 2019 שלחה לראשונה תיעוד של גוף מחגורת קויפר, שזכה לכינוי אולטימה תולה. היא צפויה לשדר עליו עוד מידע. בסופו של דבר תעזוב הגשושית את מערכת השמש.