Hệ Mặt Trời

Hệ Mặt Trời (hay Thái Dương Hệ) là hệ hành tinh gồm có Mặt Trời ở trung tâm và các vật quay xung quanh. Hệ Mặt Trời được hình thành từ sự suy sụp của một đám mây phân tử khổng lồ cách đây gần 4,6 tỷ năm. Đa phần các thiên thể quay quanh Mặt Trời, và phần lớn khối lượng của hệ Mặt Trời nằm ở Mặt Trời (99,86%), và phần lớn khối lượng còn lại nằm ở Sao Mộc. Có tám hành tinh quay quanh Mặt Trời. Các hành tinh có quỹ đạo gần tròn và mặt phẳng quỹ đạo gần trùng khít với nhau gọi là mặt phẳng hoàng đạo. 4 hành tinh nhỏ vòng trong gồm: Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa - người ta cũng còn gọi chúng là các hành tinh đất đá do chúng có thành phần chủ yếu từ đá và kim loại. 4 hành tinh khí khổng lồ vòng ngoài có khối lượng lớn hơn rất nhiều so với 4 hành tinh vòng trong. Hai hành tinh lớn nhất, Sao Mộc và Sao Thổ có thành phần chủ yếu từ heli và hydro; và hai hành tinh nằm ngoài cùng, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có thành phần chính từ băng, như nước, amonia và methan, và đôi khi người ta lại phân loại chúng thành các hành tinh băng khổng lồ. Có 6 hành tinh và 3 hành tinh lùn có các vệ tinh tự nhiên quay quanh. Các vệ tinh này được gọi là "Mặt Trăng" theo tên gọi của Mặt Trăng của Trái Đất. Mỗi hành tinh vòng ngoài còn có các vành đai hành tinh chứa bụi, hạt và vật thể nhỏ quay xung quanh.
Hệ Mặt Trời cũng chứa 2 vùng tập trung các thiên thể nhỏ hơn. Vành đai tiểu hành tinh nằm giữa Sao Hỏa và Sao Mộc, có thành phần tương tự như các hành tinh đá với đa phần là đá và kim loại. Bên ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương là các vật thể ngoài Sao Hải Vương có thành phần chủ yếu từ băng như nước, amonia, methan. Giữa 2 vùng này, có 5 thiên thể điển hình về kích cỡ, Ceres, Pluto, Haumea, Makemake và Eris, được coi là đủ lớn đủ để có dạng hình cầu dưới ảnh hưởng của chính lực hấp dẫn của chúng, và được các nhà thiên văn phân loại thành hành tinh lùn. Ngoài ra có hàng nghìn thiên thể nhỏ nằm giữa 2 vùng này, có kích thước thay đổi, như sao chổi, centaurs và bụi liên hành tinh, chúng di chuyển tự do giữa 2 vùng này.
Mặt Trời phát ra các dòng vật chất plasma, được gọi là gió Mặt Trời, dòng vật chất này tạo ra một bong bóng gió sao trong môi trường liên sao gọi là nhật quyển, nó mở rộng ra đến tận biên giới của đĩa phân tán. Đám mây Oort giả thuyết, được coi là nguồn cho các sao chổi chu kỳ dài, có thể tồn tại ở khoảng cách gần 1.000 lần xa hơn nhật quyển.
Cấu trúc.
Thiên thể chính trong hệ Mặt Trời là Mặt Trời, 1 ngôi sao kiểu G2 thuộc dãy chính chứa 99,86% khối lượng của cả hệ và vượt trội về lực hấp dẫn. 4 hành tinh khí khổng lồ của hệ chiếm 99% khối lượng còn lại, và khối lượng Sao Mộc kết hợp với khối lượng Sao Thổ thì chiếm &gt;90% so với khối lượng tất cả các thiên thể khác.
Hầu hết các thiên thể lớn có mặt phẳng quỹ đạo gần trùng mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất, gọi là mặt phẳng hoàng đạo. Mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh nằm rất gần với mặt phẳng hoàng đạo, trong khi các sao chổi và vật thể trong vành đai Kuiper thường có mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 1 góc lớn so với mặt phẳng hoàng đạo. Mọi hành tinh và phần lớn các thiên thể khác quay quanh Mặt Trời theo chiều tự quay của Mặt Trời (ngược chiều kim đồng hồ, khi nhìn từ trên cực Bắc của Mặt Trời). Nhưng cũng có một số ngoại lệ, như sao chổi Halley lại quay theo chiều ngược lại.
Cấu trúc tổng thể của những vùng trong hệ Mặt Trời được vẽ ở hình bên chứa Mặt Trời, 4 hành tinh vòng trong tương đối nhỏ được bao xung quanh bởi 1 vành đai các tiểu hành tinh đá, 4 hành tinh khí khổng lồ được bao xung quanh bởi vành đai Kuiper chứa các thiên thể băng đá. Các nhà thiên văn học đôi khi không chính thức chia cấu trúc hệ Mặt Trời thành các vùng tách biệt. Hệ Mặt Trời bên trong bao gồm 4 hành tinh đất đá và vành đai tiểu hành tinh. Hệ Mặt Trời bên n"goài" nằm bên ngoài vành đai tiểu hành tinh chính, bao gồm 4 hành tinh khổng lồ. Từ khi khám phá ra vành đai Kuiper, phần bên ngoài của hệ Mặt Trời được coi là một vùng riêng biệt chứa các vật thể nằm bên ngoài Sao Hải Vương.
Những định luật của Kepler về chuyển động thiên thể miêu tả quỹ đạo của các vật thể quay quanh Mặt Trời. Theo định luật Kepler, mỗi vật thể chuyển động theo quỹ đạo hình elip với Mặt Trời là 1 tiêu điểm. Các vật thể gần Mặt Trời hơn (với bán trục lớn nhỏ hơn) sẽ chuyển động nhanh hơn, do chúng chịu nhiều ảnh hưởng của trường hấp dẫn Mặt Trời hơn. Trên quỹ đạo elip, khoảng cách từ thiên thể tới Mặt Trời thay đổi trong 1 chu kỳ quỹ đạo. Vị trí thiên thể gần nhất với Mặt Trời gọi là "cận điểm quỹ đạo", trong khi điểm trên quỹ đạo xa nhất so với Mặt Trời gọi là "viễn điểm quỹ đạo". Trong hệ Mặt Trời, quỹ đạo của các hành tinh gần tròn, trong khi nhiều sao chổi, tiểu hành tinh và các vật thể thuộc vành đai Kuiper có quỹ đạo hình elip rất dẹt.
Khoảng cách thực tế giữa các hành tinh là rất lớn, tuy nhiên nhiều minh họa về hệ Mặt Trời vẽ khoảng cách quỹ đạo của các hành tinh đều nhau. Thực tế, đối với các hành tinh hay vành đai nằm càng xa Mặt Trời, thì khoảng cách giữa quỹ đạo của chúng càng lớn. Ví dụ, Sao Kim có khoảng cách đến Mặt Trời lớn hơn 0,33 đơn vị thiên văn (AU) so với khoảng cách từ Sao Thủy đến Mặt Trời, trong khi của Sao Thổ cách xa 4,3 AU so với Sao Mộc, và Sao Hải Vương cách xa 10,5 AU so với Sao Thiên Vương. Nhiều nỗ lực đã thực hiện nhằm xác định tương quan khoảng cách giữa quỹ đạo của các hành tinh (ví dụ, quy luật Titius-Bode), nhưng chưa có 1 lý thuyết nào được chấp nhận.
Đa phần các hành tinh trong hệ Mặt Trời sở hữu 1 hệ thứ cấp của chúng, có các vệ tinh tự nhiên hoặc vành đai hành tinh quay quanh hành tinh. Các vệ tinh này còn được gọi là Mặt Trăng. 2 vệ tinh tự nhiên Ganymede của Sao Mộc và Titan của Sao Thổ còn lớn hơn cả Sao Thủy). Các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, thậm chí cả 1 vệ tinh của Sao Thổ còn có các vành đai hành tinh là những dải mỏng chứa các hạt vật chất nhỏ quay quanh chúng. Hầu hết các vệ tinh tự nhiên lớn nhất đều quay đồng bộ với một mặt bán cầu luôn hướng về phía hành tinh.
Những thiên thể vòng trong có thành phần chủ yếu là "đá", tên gọi chung cho các hợp chất có điểm nóng chảy cao, như silicat, sắt hay nickel, tất cả vẫn duy trì ở trạng thái rắn từ khi trong giai đoạn tinh vân tiền hành tinh. Sao Mộc và Sao Thổ có thành phần chủ yếu là "khí", thuật ngữ thiên văn học cho những vật liệu có điểm nóng chảy cực thấp và áp suất hơi cao như hydro, heli, và neon, chúng luôn luôn ở pha khí trong các tinh vân. "Băng", như nước, methan, ammonia, hydro sulfide và carbon dioxide, có điểm nóng chảy lên tới vài trăm Kelvin, trong khi pha của chúng lại phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ môi trường xung quanh. Chúng có thể tìm thấy dưới dạng băng, chất lỏng, hay khí trong nhiều nơi thuộc hệ Mặt Trời, trong khi trong các tinh vân chúng chỉ ở trạng thái băng (rắn) hoặc khí. Các chất băng đá là thành phần chủ yếu trên các Mặt Trăng của các hành tinh khí khổng lồ, cũng như chiếm phần lớn trong thành phần của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương (gọi là các "hành tinh băng khổng lồ") và trong rất nhiều các vật thể nhỏ nằm bên ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương. Các chất khí và băng trong thiên văn học cùng được gọi là chất dễ bay hơi (volatiles).
Mặt Trời.
Mặt Trời là ngôi sao ở trung tâm và nổi bật nhất trong hệ Mặt Trời. Khối lượng khổng lồ của nó (332.900 lần khối lượng Trái Đất) tạo ra nhiệt độ và mật độ đủ lớn tại lõi để xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, làm giải phóng 1 lượng năng lượng khổng lồ, phần lớn phát xạ vào không gian dưới dạng bức xạ điện từ, với cực đại trong dải quang phổ 400-700 nm mà chúng ta gọi là ánh sáng khả kiến.
Mặt Trời được phân loại thành sao lùn vàng kiểu G2, nhưng tên gọi này hay gây ra sự hiểu nhầm khi so sánh nó với đại đa số các sao trong Ngân Hà, Mặt Trời lại là 1 ngôi sao lớn và sáng. Các ngôi sao được phân loại theo biểu đồ Hertzsprung-Russell, biểu đồ thể hiện độ sáng của sao với nhiệt độ bề mặt của nó. Nói chung, các sao sáng hơn thì nóng hơn. Mặt Trời nằm ở bên phải của đoạn giữa 1 dải gọi là dải chính trên biểu đồ. Tuy nhiên, số lượng các sao sáng hơn và nóng hơn Mặt Trời là hiếm, trong khi đa phần là các sao mờ hơn và lạnh hơn, gọi là sao lùn đỏ, chúng chiếm tới 85% số lượng sao trong dải thiên hà.
Người ta tin rằng với vị trí của Mặt Trời trên dải chính như vậy thì đây là một ngôi sao đang trong "cuộc sống mãnh liệt", nó vẫn chưa bị cạn kiệt nguồn nhiên liệu hiđrô cho các phản ứng tổng hợp hạt nhân. Mặt Trời đang sáng hơn; trong buổi đầu của sự tiến hóa nó chỉ sáng bằng 70% so với độ sáng ngày nay.
Mặt Trời còn là sao loại I về đặc tính kim loại; do nó sinh ra trong giai đoạn muộn của sự tiến hóa vũ trụ, và nó chứa nhiều nguyên tố nặng hơn hiđrô và heli (trong thiên văn học, những nguyên tố nặng hơn hiđrô và heli được gọi là nguyên tố "kim loại") so với các ngôi sao già loại II. Các nguyên tố nặng hơn hiđrô và heli được hình thành tại lõi của các sao già và sao nổ tung, do vậy thế hệ sao đầu tiên đã phải chết trước khi vũ trụ được làm giàu bởi những nguyên tố nặng này. Những sao già nhất chứa rất ít kim loại, trong khi những sao sinh muộn hơn có nhiều hơn. Tính kim loại cao được cho là yếu tố quan trọng cho sự phát triển thành một hệ hành tinh quay quanh Mặt Trời, do các hành tinh hình thành từ sự bồi tụ các nguyên tố "kim loại".
Môi trường liên hành tinh.
Cùng với ánh sáng, Mặt Trời phát ra 1 dòng liên tục các hạt tích điện (plasma) gọi là gió Mặt Trời. Dòng hạt này trải rộng ra bên ngoài với vận tốc gần 1,5 triệu km/h, tạo ra vùng khí quyển loãng (Nhật quyển) thấm vào toàn bộ hệ Mặt Trời đến khoảng cách ít nhất 100 AU. Đây chính là môi trường liên hành tinh. Các bão từ trên bề mặt Mặt Trời, như bùng nổ Mặt Trời (solar flare) và sự giải phóng vật chất ở vành nhật hoa (coronal mass ejection), gây nhiễu loạn nhật quyển, tạo ra thời tiết không gian. Cấu trúc lớn nhất bên trong nhật quyển là dải dòng điện nhật quyển (heliospheric current sheet), 1 dạng xoắn ốc được tạo ra do hoạt động của từ trường quay của Mặt Trời lên môi trường liên hành tinh.
Từ trường Trái Đất bảo vệ bầu khí quyển của nó không bị gió Mặt Trời tước đi. Sao Kim và Sao Hỏa có từ trường rất nhỏ hoặc không tồn tại, do vậy gió Mặt Trời dần dần đã thổi bay bầu khí quyển của các hành tinh này. Sự kiện đại giải phóng vật chất ở vành nhật hoa và những sự kiện tương tự đẩy một lượng lớn vật chất từ bề mặt Mặt Trời vào không gian. Tương tác của dải dòng điện nhật quyển và gió Mặt Trời với từ trường của Trái Đất tạo ra những va chạm của dòng các hạt tích điện với phía trên của bầu khí quyển Trái Đất, tạo ra hiện tượng cực quang ở những vùng gần các cực từ địa lý.
Tia vũ trụ có nguồn gốc từ bên ngoài hệ Mặt Trời. Nhật quyển là lá chắn bảo vệ một phần cho hệ Mặt Trời, và từ trường của các hành tinh cũng ngăn chặn bớt các tia vũ trụ cho hành tinh. Mật độ của tia vũ trụ trong môi trường liên hành tinh và cường độ của từ trường Mặt Trời thay đổi theo thời gian, do vậy mức độ các tia vũ trụ trong hệ Mặt Trời cũng thay đổi mặc dù người ta không biết rõ lượng thay đổi là bao nhiêu.
Môi trường liên hành tinh cũng chứa ít nhất 2 vùng bụi vũ trụ có hình đĩa. Đĩa thứ nhất, đám mây bụi liên hành tinh nằm ở hệ Mặt Trời bên trong và gây ra ánh sáng hoàng đạo. Đĩa này có khả năng hình thành bên trong vành đai tiểu hành tinh gây ra bởi sự va chạm với các hành tinh. Đĩa thứ 2 nằm trong khoảng từ 10-40 AU, và có lẽ được tạo ra từ sự va chạm tương tự với bên trong vành đai Kuiper.
Vòng trong hệ Mặt Trời.
Vòng trong hệ Mặt Trời bên trong bao gồm các hành tinh đất đá và vành đai tiểu hành tinh, có thành phần chủ yếu từ silicat và các kim loại. Các thiên thể thuộc vùng này nằm khá gần Mặt Trời; bán kính của vùng này nhỏ hơn khoảng cách giữa Sao Mộc và Sao Thổ.
Các hành tinh vòng trong.
4 hành tinh vòng trong là hành tinh đá có trong lượng riêng khá cao, với thành phần từ đá, có ít hoặc không có Mặt Trăng, và không có hệ vành đai quay quanh như các hành tinh vòng ngoài. Thành phần chính của chúng là các khoáng vật khó nóng chảy, như silicat tạo nên lớp vỏ và lớp phủ, và những kim loại như sắt và niken tạo nên lõi của chúng. 3 trong 4 hành tinh (Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa) có bầu khí quyển đủ dày để sinh ra các hiện tượng thời tiết; tất cả đều có những hố va chạm và sự kiến tạo bề mặt như thung lũng tách giãn và núi lửa. Thuật ngữ "hành tinh vòng trong" không nên nhầm lẫn với "hành tinh bên trong", ám chỉ những hành tinh gần Mặt Trời hơn Trái Đất (như Kim Tinh và Thủy Tinh).
Vành đai tiểu hành tinh.
Tiểu hành tinh hầu hết là những vật thể nhỏ trong hệ Mặt Trời với thành phần chủ yếu là đá khó nóng chảy và khoáng vật kim loại.
Vành đai tiểu hành tinh chính nằm giữa quỹ đạo của Sao Hỏa và Sao Mộc, khoảng cách từ 2,3-3,3 AU tính từ Mặt Trời. Các nhà thiên văn cho rằng vành đai này là tàn dư từ sự hình thành hệ Mặt Trời mà chúng không thể hợp lại thành 1 thiên thể do sự giao thoa hấp dẫn với Sao Mộc.
Các tiểu hành tinh có kích cỡ từ vài trăm kilômét đến kích cỡ vi mô. Mọi tiểu hành tinh, ngoại trừ Ceres, được phân loại thành các thiên thể nhỏ trong hệ Mặt Trời, nhưng một số tiểu hành tinh như Vesta và Hygieia có thể được phân loại lại thành hành tinh lùn nếu chúng có thể hiện đã trải qua trạng thái cân bằng thủy tĩnh.
Vành đai tiểu hành tinh chứa vài chục nghìn, có thể tới vài triệu các vật thể có đường kính trên 1 kilômét. Mặc dù thế, tổng khối lượng của vành chính chỉ hơi lớn hơn 1/1000 khối lượng của Trái Đất. Vành đai chính có các tiểu hành tinh phân bố khá thưa thớt; các tàu thám hiểm không gian dễ vượt qua vành đai này mà không bị va chạm với các vật thể. Tiểu hành tinh với đường kính từ 10−4 - 10 m được phân loại thành thiên thạch.
Nhóm tiểu hành tinh.
Những tiểu hành tinh trong vành đai chính được chia thành nhóm tiểu hành tinh và họ tiểu hành tinh dựa trên các đặc tính quỹ đạo của chúng. Mặt Trăng tiểu hành tinh là những tiểu hành tinh quay quanh tiểu hành tinh lớn hơn. Chúng không được phân biệt rõ ràng với Mặt Trăng của các hành tinh, thỉnh thoảng các Mặt Trăng tiểu hành tinh có kích cỡ lớn bằng tiểu hành tinh mà nó quay quanh. Vành đai tiểu hành tinh cũng chứa sao chổi mà có khả năng các sao chổi từ vành đai này là nguồn cung cấp nước cho Trái Đất.
Các tiểu hành tinh Troia nằm ở vùng lân cận với các điểm Lagrange L4 và L5 của Sao Mộc (những vùng ổn định về hấp dẫn, có thể đi trước hoặc theo sau hành tinh trên quỹ đạo của nó); thuật ngữ "thiên thể Troia" cũng sử dụng cho các vật thể nhỏ đối với các hành tinh khác hoặc cho các vệ tinh nhân tạo của Trái Đất. Các tiểu hành tinh Hilda có cộng hưởng quỹ đạo 2:3 với Sao Mộc; tức là chúng chuyển động quanh Mặt Trời được 3 vòng quỹ đạo thì Sao Mộc quay quanh Mặt Trời được 2 vòng quỹ đạo.
Vòng trong hệ Mặt Trời cũng có các tiểu hành tinh gần Trái Đất chuyển động hỗn loạn, rất nhiều trong số chúng có quỹ đạo cắt với quỹ đạo của các hành tinh vòng trong.
Vòng ngoài hệ Mặt Trời.
Vùng bên ngoài của hệ Mặt Trời gồm các hành tinh khí khổng lồ và các vệ tinh tự nhiên của chúng. Nhiều sao chổi chu kỳ ngắn, bao gồm các tiểu hành tinh centaur, cũng nằm trong vùng này. Do khoảng cách đến Mặt Trời lớn, các thiên thể lớn trong vùng bên ngoài hệ Mặt Trời chứa tỉ lệ cao các chất dễ bay hơi như nước, amonia và methan so với các vật liệu đá của thành phần các hành tinh vòng trong hệ Mặt Trời, và khi nhiệt độ càng thấp cho phép các hợp chất dễ bay hơi tồn tại được dưới dạng rắn.
Hành tinh vòng ngoài.
4 hành tinh vòng ngoài, hay 4 hành tinh khí khổng lồ (hoặc các hành tinh kiểu Mộc Tinh), chiếm tới 99% tổng khối lượng của các thiên thể quay quanh Mặt Trời. Sao Mộc và Sao Thổ là 2 hành tinh lớn nhất và chứa đại đa số hiđrô và heli; Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có khối lượng nhỏ hơn (&lt;20 lần khối lượng Trái Đất) và trong thành phần của chúng chứa nhiều băng hơn. Vì lý do này, một số nhà thiên văn học cho rằng chúng thuộc về một lớp "hành tinh băng đá khổng lồ". 4 hành tinh khí khổng lồ đều có hệ vành đai, mặc dù chỉ có vành đai của Sao Thổ là có thể quan sát được từ Trái Đất qua các kính thiên văn nghiệp dư. Thuật ngữ "hành tinh vòng ngoài" không nên nhầm lẫn với thuật ngữ "hành tinh bên ngoài", ám chỉ các hành tinh nằm bên ngoài quỹ đạo của Trái Đất trong đó bao gồm cả Sao Hỏa và các hành tinh vòng ngoài.
Sao chổi.
Sao chổi là các vật thể nhỏ trong hệ Mặt Trời, đường kính điển hình chỉ vài kilômét, thành phần chủ yếu là những hợp chất băng dễ bay hơi. Chúng có độ lệch tâm quỹ đạo khá lớn, đa phần có điểm cận nhật nằm bên trong quỹ đạo của các hành tinh vòng trong và điểm viễn nhật nằm bên ngoài Pluto. Khi 1 sao chổi đi vào vùng hệ Mặt Trời bên trong, do đến gần Mặt Trời hơn làm cho bề mặt băng của nó chuyển tới trạng thái thăng hoa và ion hóa, tạo ra một dải bụi và khí dài thoát ra từ nhân sao chổi, hay là đuôi sao chổi, và có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Sao chổi chu kỳ ngắn có chu kỳ nhỏ hơn 200 năm. Sao chổi chu kỳ dài có chu kỳ hàng nghìn năm. Sao chổi chu kỳ ngắn được tin là có nguồn gốc từ vành đai Kuiper trong khi các sao chổi chu kỳ dài như Hale-Bopp, nó được cho là có nguồn gốc từ đám mây Oort. Nhiều nhóm sao chổi, như nhóm sao chổi Kreutz, hình thành từ sự tách vỡ của sao chổi lớn hơn. Một số sao chổi có quỹ đạo hyperbol có nguồn gốc từ ngoài hệ Mặt Trời và vấn đề xác định chu kỳ quỹ đạo chính xác của chúng là việc khó khăn. Một số sao chổi trước đây có các chất dễ bay hơi ở bề mặt bị thổi ra ngoài bởi gió Mặt Trời ấm được xếp loại vào tiểu hành tinh.
Centaur.
Centaur là những vật thể băng đá có tính chất giống cả sao chổi và tiểu hành tinh, với bán trục lớn lớn hơn bán kính quỹ đạo của Sao Mộc (5,5 AU) và nhỏ hơn bán kính quỹ đạo Sao Thiên Vương (30 AU). Centaur lớn nhất được biết đến, 10199 Chariklo, có đường kính khoảng 250 km. Centaur đầu tiên được phát hiện, 2060 Chiron, cũng đã được xếp loại thành sao chổi (95P) do nó phát ra những dải bụi (đuôi bụi) khi nó đến gần Mặt Trời.
Vùng bên ngoài Sao Hải Vương.
Vùng bên ngoài Sao Hải Vương chứa các "vật thể ngoài Sao Hải Vương", và là 1 vùng còn chưa được thám hiểm nhiều. Nó bao gồm phần lớn các vật thể nhỏ (thiên thể lớn nhất có đường kính chỉ bằng 1/5 so với đường kính của Trái Đất và khối lượng nhỏ hơn nhiều so với Mặt Trăng) thành phần chính là băng và đá. Vùng này thỉnh thoảng gọi là "hệ Mặt Trời phía ngoài", nhưng thuật ngữ này thường được hiểu là vùng bên ngoài vành đai tiểu hành tinh.
Vành đai Kuiper.
Vành đai Kuiper, vùng hình thành đầu tiên, là 1 vành đai lớn chứa các mảnh vụn tương tự như vành đai tiểu hành tinh, nhưng nó chứa chủ yếu là băng. Nó mở rộng từ 30-50 AU từ Mặt Trời. Trong vùng này có ít nhất 3 hành tinh lùn và còn lại là các vật thể nhỏ trong hệ Mặt Trời. Tuy thế nhiều vật thể lớn nhất trong vành đai Kuiper, như Quaoar, Varuna, và Orcus có thể sẽ được phân loại lại thành các hành tinh lùn. Các nhà thiên văn học ước lượng có trên 100.000 vật thể trong vành đai Kuiper có đường kính lớn &gt;50 km, nhưng tổng khối lượng của vành đai này chỉ bằng khoảng 1/10 hoặc thậm chí 1/100 khối lượng của Trái Đất. Nhiều vật thể thuộc vùng này có các vệ tinh quay quanh, và nhiều vật thể có mặt phẳng quỹ đạo nằm bên ngoài mặt phẳng hoàng đạo.
Vành đai Kuiper sơ bộ có thể chia thành vành đai "chính" và vành đai "cộng hưởng". Vành đai cộng hưởng có quỹ đạo liên kết với Sao Hải Vương (ví dụ chúng quay trên quỹ đạo được 2 lần thì Sao Hải Vương đã quay trên quỹ đạo được 3 lần, hoặc 1 lần đối với 2 lần vòng quay của Sao Hải Vương). Vành đai cộng hưởng đầu tiên nằm trong cùng quỹ đạo của Sao Hải Vương. Các vật thể trong vành đai "chính" không có quỹ đạo cộng hưởng với Sao Hải Vương, nằm trong phạm vi gần 39,4-47,7 AU. Các vật thể trong vành đai "chính" còn được gọi là "cubewanos", bắt nguồn từ vật thể đầu tiên trong vùng này được phát hiện, , và nó vẫn còn ở trạng thái gần nguyên thủy với độ lệch tâm quỹ đạo nhỏ.
Sao Diêm Vương và Charon.
Pluto (khoảng cách trung bình đến Mặt Trời 39 AU) là 1 hành tinh lùn, và là thiên thể lớn nhất đã từng được biết tới trong vành đai Kuiper. Khi nó được phát hiện ra vào năm 1930, nó đã được coi là hành tinh thứ 9 trong hệ Mặt Trời; nhưng điều này đã thay đổi vào năm 2006 với định nghĩa mới về hành tinh. Sao Diêm Vương có quỹ đạo với độ lệch tâm lớn và nghiêng 170 so với mặt phẳng hoàng đạo với điểm cận nhật cách Mặt Trời 29,7 AU (nằm bên trong quỹ đạo của Sao Hải Vương) và điểm viễn nhật cách Mặt Trời 49,5 AU. Sao Diêm Vương cộng hưởng quỹ đạo 3:2 với Sao Hải Vương. Các vật thể trong vành đai Kuiper mà quỹ đạo có cùng đặc điểm cộng hưởng này được gọi là các vật thể Plutino.
Charon, vệ tinh lớn nhất của Pluto, đôi khi được miêu tả nó là một phần của hệ đôi với Pluto, do 2 thiên thể quay quanh 1 khối tâm hấp dẫn bên trên bề mặt của chúng (do vậy chúng hiện lên như là quay quanh nhau). Xa hơn Charon, 2 vệ tinh nhỏ hơn rất nhiều là Nix và Hydra quay quanh hệ này.
Đĩa phân tán.
Đĩa phân tán chồng lên vành đai Kuiper và mở rộng ra khoảng cách xa hơn được cho là nơi xuất phát của nhiều sao chổi có chu kỳ ngắn. Các vật thể trong đĩa phân tán được cho là đã bị đẩy vào quỹ đạo bất thường do ảnh hưởng của lực hấp dẫn của sự di cư ra bên ngoài của Sao Hải Vương. Hầu hết các vật thể trong đĩa phân tán (SDOs) có điểm cận nhật nằm trong vành đai Kuiper nhưng điểm viễn nhật cách xa 150 AU so với Mặt Trời. Quỹ đạo của SDOs cũng có độ nghiêng lớn so với mặt phẳng hoàng đạo, và thường vuông góc với nó. Một số nhà thiên văn học coi đĩa phân tán chỉ là 1 vùng khác của vành đai Kuiper, và họ miêu tả các vật thể thuộc đĩa phân tán là "vật thể phân tán trong vành đai Kuiper." Một số nhà thiên văn cũng phân loại các vật thể centaur như là các vật thể thuộc vành đai Kuiper phân tán bên trong cùng với các vật thể phân tán bên ngoài của đĩa phân tán.
Eris.
Eris (khoảng cách trung bình đến Mặt Trời 68 AU) là vật thể lớn nhất từng được biết trong đĩa phân tán, với khối lượng lớn hơn của Sao Diêm Vương 25% và đường kính bằng với đường kính của Pluto. Nó là hành tinh lùn có khối lượng lớn nhất trong số các hành tinh lùn đã biết. Eris có 1 vệ tinh là Dysnomia. Cũng như Pluto, quỹ đạo của nó có độ lệch tâm lớn với điểm cận nhật cách Mặt Trời 38,2 AU (gần bằng khoảng cách từ Mặt Trời đến Pluto) và điểm viễn nhật cách Mặt Trời 97,6 AU, đồng thời mặt phẳng quỹ đạo của nó nghiêng 1 góc lớn so với mặt phẳng hoàng đạo.
Những vùng xa nhất.
Điểm mà hệ Mặt Trời kết thúc và môi trường liên sao bắt đầu vẫn không được định nghĩa chính xác, biên giới này được cho là nơi áp suất đẩy ra của gió Mặt Trời cân bằng với trường hấp dẫn từ Mặt Trời. Giới hạn ảnh hưởng bên ngoài của gió Mặt Trời gần bằng bốn lần khoảng cách từ Sao Diêm Vương đến Mặt Trời; vùng "nhật mãn" này được coi là sự bắt đầu của môi trường liên sao. Tuy nhiên, mặt cầu Roche của Mặt Trời, phạm vi ảnh hưởng của trường hấp dẫn của nó, được cho là mở rộng xa hơn hàng nghìn lần.
Nhật quyển.
Nhật quyển được chia thành 2 vùng tách biệt. Vùng bên trong được giới hạn bởi "biên giới kết thúc sốc" (termination shock). Vùng ngoài giới hạn bởi biên giới kết thúc sốc và nhật mãn gọi là nhật bao. Gió Mặt Trời chuyển động với vận tốc gần 400 km/s cho đến khi nó va chạm với gió liên sao hay chính là dòng plasma trong môi trường liên sao. Tại điểm mà gió Mặt Trời có vận tốc nhỏ hơn vận tốc của âm thanh được gọi là biên giới kết thúc sốc (termination shock), cách Mặt Trời gần 80-100 AU theo hướng ngược với hướng gió Mặt Trời (ngược với hướng chuyển động của Mặt Trời trong môi trường liên sao) và &lt;200 AU theo hướng gió Mặt Trời. Ở vùng này vận tốc gió Mặt Trời giảm xuống rõ rệt, tập trung dòng plasma đậm đặc hơn và trở lên nhiễu loạn hơn, tạo thành 1 cấu trúc hình bầu dục khổng lồ gọi là nhật bao. Cấu trúc này ban đầu được cho là tương tự như đuôi sao chổi, nó mở rộng về phía trước khoảng 40 AU và kéo thành 1 đuôi rất dài về phía sau; nhưng những dữ liệu mới thu thập từ các tàu Cassini và Interstellar Boundary Explorer cho thấy nhật bao lại có hình dáng bong bóng do sự tác động của từ trường liên sao. Cả "Voyager 1" và "Voyager 2" đều đã vượt qua biên giới kết thúc sốc và đi vào nhật bao, ở các khoảng cách tương ứng 94 và 84 AU tính từ Mặt Trời. Biên giới ngoài cùng của nhật quyển, nhật mãn, là vị trí mà gió Mặt Trời hầu như không còn và là điểm bắt đầu cho môi trường liên sao.
Sự hình thành và hình dáng của biên giới nhật quyển được cho là ảnh hưởng bởi tương tác kiểu thủy động lực học của gió Mặt Trời với môi trường liên sao. Bên ngoài nhật mãn, ở khoảng cách 230 AU, người ta cho rằng tồn tại vùng sốc hình cung (bow shock), vùng plasma hình thành lên do Mặt Trời chuyển động trong Ngân Hà.
Chưa có tàu không gian nào vượt qua biên giới nhật mãn, do vậy người ta vẫn chưa biết những đặc tính cụ thể trong môi trường liên sao địa phương. Trong vài thập kỉ tới các tàu Voyager của NASA sẽ vượt qua nhật mãn và gửi về Trái Đất các thông tin giá trị về mức độ bức xạ và đặc điểm môi trường liên sao. Hiểu biết về vấn đề làm thế nào mà lá chắn nhật quyển bảo vệ hệ Mặt Trời khỏi tia vũ trụ vẫn còn nghèo nàn. 1 nhóm nghiên cứu được NASA hỗ trợ ngân sách đã phát triển sơ bộ dự án "Vision Mission" nhằm gửi 1 tàu thám hiểm đến vùng nhật quyển xa xôi.
Đám mây Oort.
Đám mây Oort là 1 đám mây giả thuyết có dạng cầu chứa tới 1.000 tỉ vật thể cấu tạo từ băng. Người ta cho rằng đám mây này là nơi xuất phát của các sao chổi chu kỳ dài và đám mây nằm cách Mặt Trời khoảng 50.000 AU (gần 1 năm ánh sáng (LY)), và có khả năng cách xa tới 100.000 AU (1,87 LY). Có thể đám mây này được hình thành từ các vật thể và sao chổi mà đã bị đẩy ra từ hệ Mặt Trời bên trong do tương tác hấp dẫn với các hành tinh vòng ngoài. Các vật thể trong đám mây Oort chuyển động rất chậm, bị nhiễu loạn bởi các sự kiện xảy ra thường xuyên như va chạm, ảnh hưởng hấp dẫn của các sao ở gần hay lực thủy triều có nguồn gốc từ Ngân Hà.
Sedna.
90377 Sedna (khoảng cách trung bình đến Mặt Trời 525,86 AU) là 1 thiên thể kích cỡ Sao Diêm Vương màu đỏ, quay trên 1 quỹ đạo elip khổng lồ với điểm cận nhật cách 76 AU và điểm viễn nhật cách 928 AU, nó mất khoảng 12.050 năm để hoàn thành 1 vòng quỹ đạo. Mike Brown, người đã phát hiện ra nó vào năm 2003, cho rằng thiên thể này không thể là một phần của đĩa phân tán hay vành đai Kuiper do điểm viễn nhật của nó quá xa để có thể chịu ảnh hưởng của sự di trú Sao Hải Vương. Brown và các nhà thiên văn khác xem nó là vật thể đầu tiên trong 1 lớp các vật thể mới, bao gồm cả vật thể 2000 CR105 có điểm cận nhật 45 AU và điểm viễn nhật 415 AU với chu kỳ quỹ đạo của nó là 3.420 năm. Brown xếp các vật thể này vào "Đám mây Oort bên trong" do đám mây này có thể được hình thành thông qua 1 quá trình tương tự với đám mây Oort mặc dù nó gần hơn rất nhiều so với Mặt Trời. Sedna có khả năng là 1 hành tinh lùn tuy nhiên hình dạng của vật thể này vẫn chưa được xác định rõ ràng.
Biên giới.
Biên giới hay rìa của hệ Mặt Trời vẫn chưa được xác định rõ ràng. Có thể định nghĩa biên giới của hệ bằng ảnh hưởng của trường hấp dẫn của Mặt Trời, và các nhà thiên văn ước lượng lực hấp dẫn Mặt Trời vượt trội so với hấp dẫn của các ngôi sao ở gần là khoảng 2 năm ánh sáng (125.000 AU). Ngược lại, có những đánh giá thấp cho bán kính của đám mây Oort không lớn hơn 50.000 AU. Mặc dù có những vật thể như Sedna được khám phá, nhưng vùng giữa vành đai Kuiper và đám mây Oort, vùng có bán kính vài chục nghìn AU, vẫn chưa được phác họa đầy đủ. Cũng có những nghiên cứu, tìm hiểu hiện nay về vùng nằm giữa Sao Thủy và Mặt Trời. Nhiều vật thể có lẽ chưa được phát hiện trong vùng xa xôi của hệ Mặt Trời.
Trong dải Ngân Hà.
Hệ Mặt Trời nằm trong dải Ngân Hà, một thiên hà xoắn ốc có thanh với đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng và chứa khoảng 200 tỷ ngôi sao. Mặt Trời nằm ở 1 trong các nhánh xoắn ốc rìa ngoài của Ngân Hà, gọi là nhánh Lạp Hộ hay Móng Địa phương ("Local Spur"). Khoảng cách từ Mặt Trời đến trung tâm thiên hà vào khoảng 25.000 và 28.000 năm ánh sáng, nó chuyển động với vận tốc 220 km/s, và hoàn tất 1 chu kỳ trong khoảng 225-250 triệu năm. Chu kỳ này được gọi là năm thiên hà của hệ Mặt Trời. Nhật đỉnh ("solar apex"), điểm chỉ hướng di chuyển của Mặt Trời trong không gian liên sao, nằm gần chòm sao Hercules theo hướng của vị trí hiện tại của ngôi sao sáng Vega. Mặt phẳng chứa đường hoàng đạo của hệ Mặt Trời (mặt phẳng hoàng đạo) nghiêng 1 góc khoảng 60° so với mặt phẳng thiên hà.
Vị trí của Thái Dương hệ trong thiên hà cũng là 1 nhân tố quan trọng trong sự tiến hóa của sự sống trên Trái Đất. Quỹ đạo của hệ có hình gần tròn và hệ quay với vận tốc bằng với vận tốc của các nhánh xoắn ốc, điều này có nghĩa là khả năng hệ Mặt Trời đi xuyên qua nhánh xoắn ốc là rất hiếm. Mặt khác các siêu tân tinh nguy hiểm tiềm tàng ở trong nhánh xoắn ốc cũng nằm ở xa Thái Dương hệ, điều này cho phép Trái Đất có 1 chu kỳ dài về sự ổn định của môi trường liên sao giúp cho sự sống tiến hóa. Hệ Mặt Trời cũng nằm ở phía ngoài của vùng tập trung đông đúc các ngôi sao trong trung tâm Ngân Hà. Khi ở gần trung tâm thiên hà, lực kéo hấp dẫn từ các sao ở gần gây nhiễu loạn các vật thể thuộc đám mây Oort và đẩy nhiều sao chổi về phía hệ Mặt Trời bên trong, làm tăng khả năng xảy ra những va chạm thảm họa giữa Trái Đất và các vật thể gây hủy hoại sự sống. Bức xạ với cường độ mạnh từ trung tâm thiên hà cũng tác động mạnh đến sự phát triển của các tổ chức sống phức tạp. Ngay cả với vị trí của hệ Mặt Trời hiện nay, một số nhà khoa học giả thuyết là những vụ nổ siêu tân tinh gần đây cũng ảnh hưởng đến sự sống trong quá khứ 35.000 năm trước do những mảnh vụn từ siêu tân tinh, hạt bụi chứa phóng xạ mạnh và các sao chổi kích thước lớn hướng về phía Mặt Trời.
Môi trường lân cận.
Môi trường lân cận của hệ Mặt Trời trong thiên hà còn được gọi là Đám mây liên sao địa phương hay Bông Địa phương, 1 vùng đám mây đậm đặc nằm trong 1 vùng thưa thớt hơn gọi là Bong bóng địa phương, 1 hốc có hình dáng chiếc đồng hồ cát trong môi trường liên sao với kích cỡ gần 300 năm ánh sáng. Bong bóng này bị xáo trộn bởi plasma nhiệt độ cao cho thấy nó là sản phẩm của một vài vụ nổ siêu tân tinh gần đây.
Có tương đối ít các ngôi sao trong vòng 10 năm ánh sáng (95.000 tỷ km) so với Mặt Trời. Những sao gần nhất là hệ 3 ngôi sao Alpha Centauri, nằm cách xa 4,4 năm ánh sáng. Alpha Centauri A và B là cặp sao có kích cỡ gần bằng Mặt Trời nằm gần nhau, trong khi sao lùn đỏ nhỏ Alpha Centauri C (còn gọi là Proxima Centauri) quay quanh cặp sao này ở khoảng cách 0,2 năm ánh sáng và là ngôi sao gần Mặt Trời nhất. Những ngôi sao gần tiếp theo là sao lùn đỏ Barnard (cách xa 5,9 năm ánh sáng), Wolf 359 (7,8 ly) và Lalande 21185 (8,3 ly). Ngôi sao lớn nhất trong vòng bán kính 10 năm ánh sáng là Sirius, 1 ngôi sao sáng trong dãy chính với khối lượng gần bằng 2 lần khối lượng Mặt Trời. Sao lùn trắng Sirius B quay quanh ngôi sao này. Hệ sao đôi này nằm cách Mặt Trời 8,6 năm ánh sáng. Còn lại là hệ sao đôi lùn đỏ Luyten 726-8 (8,7 ly) và 1 sao lùn đỏ Ross 154 (9,7 ly). Ngôi sao đơn giống Mặt Trời gần chúng ta nhất là sao Tau Ceti nằm cách xa 11,9 năm ánh sáng. Nó có khối lượng bằng 80 phần trăm khối lượng Mặt Trời nhưng độ sáng chỉ bằng 60 phần trăm so với độ sáng của Mặt Trời. Ngôi sao gần nhất có hành tinh ngoại hệ quay quanh là sao Epsilon Eridani, 1 ngôi sao đỏ hơn và mờ hơn so với Mặt Trời nằm cách Thái Dương hệ 10,5 năm ánh sáng. Ngôi sao này có một hành tinh quay quanh được xác nhận là Epsilon Eridani b, với khối lượng bằng 1,5 lần khối lượng của Mộc Tinh và quay quanh ngôi sao mất 6,9 năm.
Sự hình thành và tiến hóa.
Hệ Mặt Trời hình thành từ sự suy sụp hấp dẫn của một đám mây phân tử khổng lồ cách đây 4,568 tỷ năm trước. Đám mây tổ tiên này có kích cỡ vài năm ánh sáng và có khả năng một vài ngôi sao đã sinh ra từ đám mây này. Tinh vân Mặt Trời có khả năng hình thành từ mảnh vụn của vụ nổ sao siêu mới thế hệ trước.
Khi vùng mà trong tương lai sẽ trở thành hệ Mặt Trời, gọi là tinh vân tiền Mặt Trời, suy sụp, theo định luật bảo toàn động lượng thì đĩa tinh vân này sẽ quay nhanh hơn. Vùng trung tâm, nơi tập trung nhiều khối lượng nhất, sẽ trở lên nóng hơn so với đĩa quay xung quanh. Khi tinh vân này co lại và quay nhanh hơn, nó trở lên phẳng hơn và hình thành đĩa tiền hành tinh quay quanh tâm với đường kính gần 200 AU và 1 vùng trung tâm nóng, đậm đặc chứa tiền sao. Ở thời điểm này trong sự tiến hóa của nó, Mặt Trời được cho là ngôi sao thuộc kiểu sao T Tauri. Việc nghiên cứu sao T Tauri cho thấy chúng thường đi kèm với một đĩa tiền hành tinh với khối lượng đĩa bằng 0,001-0,1 khối lượng Mặt Trời, và phần lớn khối lượng của tinh vân thuộc về ngôi sao. Các hành tinh hình thành từ sự bồi tụ từ đĩa này.
Trong vòng 50 triệu năm, áp suất và mật độ của hiđrô trong lõi của tiền sao trở lên đủ lớn để bắt đầu thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân. Nhiệt độ, tốc độ phản ứng, áp suất và mật độ tăng cho đến khi đạt đến sự cân bằng thủy tĩnh, trong đó nhiệt năng cân bằng với lực hút hấp dẫn của chính ngôi sao. Ở giai đoạn này, Mặt Trời trở thành 1 ngôi sao thuộc dãy chính.
Hệ Mặt Trời như chúng ta biết ngày nay sẽ còn tồn tại cho đến khi Mặt Trời kết thúc sự tiến hóa của nó trong dãy chính của biểu đồ Hertzsprung-Russell. Khi Mặt Trời bị giảm hiđrô nhiên liệu, nhiệt năng từ các phản ứng tổng hợp hạt nhân bị giảm khiến cho Mặt Trời bắt đầu bị suy sụp. Sự suy sụp này làm tăng áp suất tại lõi, giúp cho quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra nhanh hơn. Kết quả là Mặt Trời tăng độ sáng với tốc độ khoảng 10% trong mỗi 1,1 tỷ năm.
Trong vòng khoảng 5,4 tỷ năm tới, hiđrô tại lõi Mặt Trời sẽ bị biến đổi toàn bộ thành heli, và Mặt Trời kết thúc giai đoạn ở dãy chính. Khi phản ứng tổng hợp hiđrô ngừng lại, lõi sẽ tiếp tục co lại, làm tăng áp suất và nhiệt độ, gây ra phản ứng tổng hợp heli. Heli bị tổng hợp trong 1 lõi nóng hơn và năng lượng giải phóng từ quá trình tổng hợp này sẽ lớn hơn so với quá trình tổng hợp hiđrô. Ở giai đoạn này, lớp bên ngoài của Mặt Trời sẽ mở rộng gấp 260 lần so với đường kính hiện tại; Mặt Trời sẽ trở thành sao khổng lồ đỏ. Vì sự tăng diện tích bề mặt khổng lồ của nó, bề mặt Mặt Trời sẽ lạnh hơn đáng kể so với khi nó ở dãy chính (lạnh nhất với nhiệt độ 3260 °C).
Thậm chí, heli tại lõi cũng sẽ cạn kiệt với tốc độ nhanh hơn so với hiđrô, và thời gian Mặt Trời tổng hợp heli chỉ bằng phần nhỏ so với thời gian của giai đoạn tổng hợp hiđrô. Mặt Trời có khối lượng không đủ lớn để tiếp tục thực hiện phản ứng tổng hợp các nguyên tố nặng hơn, và phản ứng hạt nhân tại lõi sẽ tắt. Các lớp bên ngoài sẽ bị thổi vào không gian, để lại sao lùn trắng, 1 thiên thể rất đậm đặc, có khối lượng bằng 1/2 khối lượng Mặt Trời nhưng kích thước chỉ bằng kích thước của Trái Đất. Những lớp vật chất bị thổi vào không gian sẽ hình thành tinh vân hành tinh, trả lại môi trường liên sao vật liệu đã hình thành nên hệ Mặt Trời.
Khám phá và thám hiểm.
Lịch sử.
Các hành tinh tính từ Sao Thổ vào đến Mặt Trời từng được các nhà thiên văn học ngày xưa biết đến, họ quan sát sự di chuyển của những vật thể đó so với những vùng có vẻ đứng im gồm các ngôi sao. Sao Kim và Sao Thủy vốn đã được quan sát là 2 vật thể riêng biệt dù có khó khăn trong việc kết nối "Sao hôm" và "Sao mai". Họ cũng biết rằng 2 vật thể không phải 1 điểm, Mặt Trời và Mặt Trăng, di chuyển trên cùng một cái nền đứng im. Tuy nhiên, sự hiểu biết về trạng thái của những vật thể đó hoàn toàn thiếu chính xác.
Trạng thái và cấu trúc của hệ Mặt Trời vẫn còn bị hiểu biết chưa chính xác vì ít nhất là hai lý do. Trái Đất đã bị coi là đứng im, và sự di chuyển của các vật thể trên trời vì thế cũng chỉ là bên ngoài. Mặt Trời đã bị coi là quay quanh Trái Đất, giống như các hành tinh hay thiên thể khác. Quan niệm này về vũ trụ, với Trái Đất ở trung tâm, được goi là hệ địa tâm. Nhiều vật thể trong hệ mặt trời và các hiện tượng không được nhận thức đầy đủ nếu không có trợ giúp của kỹ thuật.
Trong vài trăm năm qua, các tiến bộ về nhận thức và kỹ thuật đã giúp con người hiểu thêm nhiều về hệ Mặt Trời. Sự nhận thức đầu tiên và có tính nền tảng là cuộc cách mạng của Nicolaus Copernicus cho rằng các hành tinh quay quanh Mặt Trời - hệ nhật tâm - với Mặt Trời ở trung tâm. Điều đã gây sốc nhất và gây ra nhiều tranh cãi nhất không phải là việc Mặt Trời ở trung tâm mà là Trái Đất thuộc ngoại biên, và có quỹ đạo. Các hành tinh vốn chỉ bị coi đơn giản là các điểm trên bầu trời, nhưng nếu chính Trái Đất là 1 hành tinh, có lẽ những hành tinh khác, giống như Trái Đất, chỉ là những hình cầu to lớn và cứng chắc.
Về mặt triết học, có một số sự chống đối thuyết nhật tâm. Tình trạng tự nhiên của các vật khoáng, nặng giống như Trái Đất được tin rằng sẽ nằm im. Các hành tinh được cho rằng được cấu tạo từ vật liệu riêng biệt, phù du (sớm nở tối tàn) và nhẹ. Mọi người từng tin rằng sự chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời làm cho không khí biến mất khỏi bề mặt. Nếu Trái Đất đang chuyển động, các nhà thiên văn học đã có thể quan sát thị sai của các ngôi sao, như việc các ngôi sao xuất hiện và thay đổi vị trí so với các vật thể ở xa hơn vì lý do Trái Đất thay đổi vị trí.
Sự phát minh ra kính viễn vọng cho phép 1 sự tiến bộ căn bản về kỹ thuật trong việc khám phá hệ Mặt Trời, với kính viễn vọng đã được cải tiến của Galileo Galilei đã cho phép nhiều lợi ích trong việc khám phá các vệ tinh của các hành tinh khác, đặc biệt là 4 vệ tinh lớn của Sao Mộc. Điều này cho thấy tất cả các vật thể trong vụ trụ không quay quanh Trái Đất. Tuy nhiên, có thể phát minh lớn nhất của Galileo là việc hành tinh Sao Kim có các pha giống như Mặt Trăng, chứng minh rằng nó phải quay quanh Mặt Trời.
Sau đó, vào năm 1678, Isaac Newton dùng định luật vạn vật hấp dẫn của mình giải thích lực vừa giữ Trái Đất quay quanh Mặt Trời vừa giữ không khí không bị cuốn đi mất.
Cuối cùng, năm 1838, nhà thiên văn Friedrich Wilhelm Bessel đã thành công trong việc đo đạc thị sai của ngôi sao 61 Cygni, chứng minh một cách thuyết phục rằng Trái Đất đang chuyển động.
Ngày nay.
Với sự khởi đầu thời đại vũ trụ, 1 thời đại vĩ đại trong thám hiểm đã được thực hiện bởi các chuyến thăm dò vũ trụ không người lái được tổ chức và thực hiện bởi nhiều cơ quan vũ trụ. Tàu thăm dò vũ trụ đầu tiên hạ cánh xuống 1 vật thể ngoài Trái Đất trong hệ Mặt Trời là tàu thám hiểm "Luna 2" của Liên Xô, nó hạ cánh xuống Mặt Trăng năm 1959. Từ đó, ngày càng có nhiều hành tinh khác ở xa hơn được khám phá, với việc tàu vũ trụ đáp xuống Sao Kim năm 1965, Sao Hoả năm 1976, tiểu hành tinh 433 Eros năm 2001, và vệ tinh Titan của Sao Thổ năm 2005. Các tàu vũ trụ cũng đã tiến gần tới các hành tinh khác như "Mariner 10" đi qua Sao Thủy năm 1973.
Tàu vũ trụ đầu tiên khám phá các hành tinh vòng ngoài là "Pioneer 10", bay qua Sao Mộc năm 1973. "Pioneer 11" là tàu đầu tiên đến Sao Thổ năm 1979. Các tàu vũ trụ "Voyager" đã làm một cuộc hành trình vĩ đại đến các hành tinh vòng ngoài sau khi chúng được phòng lên năm 1977, với 2 tàu bay qua Sao Mộc năm 1979 và Sao Thổ năm 1980-1981. Voyager 2 sau đó tiến sát đến Sao Thiên Vương năm 1986 và Sao Hải Vương năm 1989. Các tàu Voyager hiện đang ở bên ngoài quỹ đạo của Sao Diêm Vương, và đến tháng 6 năm 2006, tàu Voyager 1 đã vượt qua ranh giới của hệ Mặt Trời.
Sao Diêm Vương vẫn chưa được thăm viếng bởi 1 tàu vũ trụ nào của con người dù việc NASA phóng tàu New Horizons vào tháng 1/2006 có thể làm thay đổi điều này. Tàu dự tính sẽ bay qua Sao Diêm Vương vào tháng 7/2015 và sau đó sẽ nghiên cứu thêm càng nhiều càng tốt về các vật thể trong vành đai Kuiper.
Thông qua những vụ khám phá không người lái đó, con người đã có thể có những ảnh chụp gần hơn về đa số các hành tinh và trong trường hợp có thể hạ cánh, tiến hành các xét nghiệm về đất đá và khí quyển của chúng. Các cuộc thám hiểm có người lái, dù sao, cũng chỉ đưa con người tới được Mặt Trăng, trong chương trình Apollo. Lần cuối con người đáp tàu lên Mặt Trăng là vào năm 1972, nhưng những sự khám phá gần đây về băng trong những miệng núi lửa sâu ở các vùng cực của Mặt Trăng đã gợi nên ý tưởng suy đoán rằng tàu vũ trụ có người lái có thể quay lại Mặt Trăng trong thập kỷ tới hoặc sau đó. Chương trình phóng tàu vũ trụ có người lái đến Sao Hỏa đã được dự đoán từ nhiều thế hệ những người yêu thích thiên văn. Châu Âu (ESA) hiện đang đặt kế hoạch phóng tàu có người lái khám phá Mặt Trăng và Sao Hỏa như một phần của Chương trình thám hiểm Aurora được xác nhận vào năm 2001. Hoa Kỳ cũng có 1 chương trình tương tự gọi là Tầm nhìn Thám hiểm Vũ trụ năm 2004.
Tàu Rosetta sau 10 năm 8 tháng du hành đã tiếp cận sao chổi 67P/Churyumov-Gerasimenko năm 2014 và thả tàu thăm dò robot Philae xuống đó ngày 12/11, trở thành lần đầu tiên thiết bị của con người chạm sao chổi ngoài vũ trụ.