Notre foyer cosmique — huit planètes, un Soleil et d'innombrables corps plus petits, nichés dans un espace que la lumière met plus d'une demi-année à traverser.
Le système solaire est constitué du Soleil et de tout ce qui lui est gravitationnellement lié. Seuls 0,14 % de la masse totale reviennent à tout ce qui n'est pas le Soleil — pourtant cette infime fraction contient huit planètes, des centaines de lunes, des millions d'astéroïdes et des milliards de comètes. Les planètes se déplacent presque toutes dans le plan de l'écliptique, le vestige aplati du disque protoplanétaire dont le système est issu. Une frontière fondamentale sépare le monde des planètes : la ligne des glaces, à environ 3–5 UA — là où des composés volatils comme l'eau, le méthane et l'ammoniac se trouvaient sous forme de glace dans le système solaire primitif et ont contribué à la formation des planètes géantes externes.
Le Soleil produit son énergie par la chaîne proton-proton (chaîne pp) : quatre noyaux d'hydrogène (protons) fusionnent progressivement en un noyau d'hélium. Le défaut de masse ainsi généré est entièrement converti en énergie selon E = mc² — environ 620 millions de tonnes d'hydrogène sont fusionnées en hélium chaque seconde. La puissance rayonnée s'élève à 3,86 × 10²⁶ watts. Le rayonnement solaire met néanmoins jusqu'à 100.000 ans pour franchir le transport radiatif diffus du noyau jusqu'à la zone de convection ; de la photosphère à la Terre, il ne lui faut alors plus qu'environ 8 minutes.
Le Soleil est une étoile de la séquence principale de type G — appelée en astronomie « naine jaune », bien qu'elle rayonne en réalité en blanc (c'est l'atmosphère qui lui donne sa teinte jaunâtre). Les étoiles de type G ne représentent qu'environ 7 % de toutes les étoiles de la Voie lactée ; la majorité sont des naines rouges (type M). Par sa luminosité et sa masse, le Soleil se situe assez précisément au centre de la plage des étoiles stables de la séquence principale — rien de spectaculaire pour l'astronomie, mais idéal pour l'apparition de la vie.
Les quatre planètes internes se sont formées à l'intérieur de la ligne des glaces, à partir de silicates et de métaux. Les composés volatils légers ont été vaporisés par le vent solaire et le rayonnement intense des débuts — ce qui restait était des corps denses et riches en roches, dotés de noyaux métalliques. Leur gravité est trop faible pour retenir des gaz légers comme l'hydrogène et l'hélium.
La planète la plus proche du Soleil ne possède pas de véritable atmosphère et connaît donc les variations de température les plus extrêmes du système. Fait remarquable : Mercure tourne selon une résonance spin-orbite de 3:2 — trois rotations propres correspondent exactement à deux révolutions autour du Soleil. Malgré sa petite taille, Mercure possède un noyau de fer exceptionnellement grand (85 % du rayon), qui génère un faible champ magnétique.
La planète la plus chaude du système solaire — plus chaude que Mercure, bien que plus éloignée. La cause en est un effet de serre extrême : la dense atmosphère de CO₂ (92× la pression terrestre) ne laisse presque pas échapper la chaleur. De plus, Vénus tourne de manière rétrograde et extrêmement lente (un jour vénusien dure 243 jours terrestres, une année vénusienne seulement 225). Le lever du Soleil s'y observe à l'ouest. Vénus est considérée comme un avertissement de ce qui pourrait arriver à une Terre sans rétroaction de l'effet de serre.
La seule planète connue avec de l'eau liquide en surface et une vie confirmée. La tectonique des plaques régule, sur des échelles de temps géologiques, la teneur en CO₂ de l'atmosphère (cycle carbonate-silicate) et stabilise ainsi le climat. Le puissant champ magnétique, généré par le noyau externe liquide de fer, protège la biosphère du vent solaire. La Lune, relativement grande, stabilise l'inclinaison de l'axe terrestre (23,5°) et empêche des variations climatiques chaotiques.
Avec l'Olympus Mons, Mars possède le plus haut volcan du système solaire (21 km) et le plus grand système de canyons, Valles Marineris (4.000 km de long, 7 km de profondeur). Aujourd'hui, l'atmosphère est trop ténue (0,6 % de la pression terrestre) pour retenir de l'eau liquide — mais des traces géologiques prouvent que Mars possédait de l'eau liquide en surface il y a 3 à 4 milliards d'années. La perte du champ magnétique il y a environ 4 milliards d'années a permis au vent solaire d'éroder l'atmosphère.
Au-delà de la ligne des glaces, les planètes ont pu accumuler, grâce aux composés gelés (glace, méthane, ammoniac), une masse suffisante pour capturer aussi, par leur gravité, de l'hydrogène et de l'hélium provenant de la nébuleuse protoplanétaire. Les géantes gazeuses sont principalement composées de H et de He ; les géantes de glace contiennent une proportion plus importante de « glace » — terme qui, en planétologie, désigne des composés comme H₂O, NH₃ et CH₄ à l'état supercritique ou liquide, et non de la glace d'eau solide.
La plus grande planète dépasse en masse la somme de toutes les autres planètes réunies de plus du double. Sa Grande Tache rouge est une tempête qui fait rage depuis au moins 350 ans, plus grande que la Terre. Jupiter tourne plus vite que toutes les autres planètes (9 h 56 min) et développe, grâce à sa forte force de Coriolis, des bandes nuageuses marquées. Les quatre lunes galiléennes (Io, Europe, Ganymède, Callisto) — découvertes en 1610 par Galilée — sont chacune des mondes fascinants à part entière : Io est volcaniquement active, Europe possède un océan global sous sa croûte de glace.
Le spectaculaire système d'anneaux de Saturne est constitué de milliards de blocs de glace et de roche (de 1 cm à plusieurs mètres), qui s'étendent sur 282.000 km de rayon mais ne mesurent que 10 à 100 m d'épaisseur. Sa densité moyenne de 0,69 g/cm³ est la plus faible de toutes les planètes — Saturne flotterait sur l'eau. Sa lune Titan possède une dense atmosphère d'azote et des lacs de méthane liquide. Encelade projette des geysers d'eau dans l'espace — un indice d'un océan subglaciaire.
Uranus est la planète la plus froide du système solaire — malgré la plus grande distance de Neptune. Elle rayonne à peine de chaleur interne, ce qui indique une structure interne inhabituelle. Sa caractéristique la plus frappante est son inclinaison axiale de 97,77° : elle roule pour ainsi dire sur son orbite et présente alternativement l'un de ses pôles au Soleil pendant ~42 ans. Elle aurait probablement été amenée dans cette position par une collision avec un corps de la taille de la Terre.
Neptune possède les vents les plus forts connus du système solaire — jusqu'à 2.100 km/h, bien qu'elle reçoive à peine d'énergie solaire. Elle doit donc rayonner une énorme chaleur interne. Sa plus grande lune, Triton, l'orbite de manière rétrograde — un indice que Triton n'est pas une lune naturelle, mais un objet capturé provenant de la ceinture de Kuiper. Triton se rapproche de Neptune en spirale et sera déchirée dans environ 3,6 milliards d'années.
La zone habitable (ZH), aussi appelée zone Boucle d'or, est la région autour d'une étoile dans laquelle une planète dotée d'une atmosphère peut avoir de l'eau liquide à sa surface. Ses limites dépendent de la luminosité de l'étoile, de l'albédo (pouvoir réfléchissant) de la planète et de la composition de son atmosphère. La ZH conservatrice de notre système se situe entre 0,99 et 1,70 UA — Mars se trouve à la limite externe, mais ne bénéficie pas de l'effet de serre faute d'une atmosphère suffisante. Vénus, quant à elle, se serait trouvée dans la ZH, mais a perdu tous ses océans d'eau à cause d'un effet de serre incontrôlé.
Les modèles classiques de ZH ne décrivent que les planètes en surface. Mais la vie peut aussi exister bien plus loin : la lune Europe de Jupiter et la lune Encelade de Saturne possèdent, sous d'épaisses croûtes de glace, des océans d'eau salée globaux, maintenus au chaud par les forces de marée. Encelade projette activement des geysers d'eau dans l'espace, analysés par la sonde spatiale Cassini — qui y a trouvé des composés organiques et de l'hydrogène moléculaire. Cela indique une activité hydrothermale, qui abrite la vie sur Terre depuis des milliards d'années. Le concept de ZH doit donc être étendu à une zone sous-surface, qui s'étend nettement plus loin.
Entre, à l'extérieur et autour des planètes, une multitude de petits objets peuplent le système solaire — vestiges fossiles de l'époque de formation, corps capturés ou débris de collisions passées.
Voyager 1, lancée en 1977, a franchi en 2012, en tant que premier objet d'origine humaine, l'héliopause — la limite entre le vent solaire et le milieu interstellaire — à environ 121 UA. Depuis, elle se trouve dans l'espace interstellaire, mais envoie encore de faibles signaux radio vers la Terre (temps de trajet : ~22 heures). Elle n'a mis que quelques décennies à atteindre la ceinture de Kuiper ; il lui faudra encore environ 300 ans pour atteindre le nuage d'Oort interne, et ~30.000 ans pour atteindre son bord externe.
Le système solaire s'est formé il y a environ 4,57 milliards d'années à partir de l'effondrement d'un nuage moléculaire de gaz et de poussière. Le déclencheur fut probablement l'onde de choc d'une supernova proche — ce qui explique aussi pourquoi des isotopes radioactifs à courte durée de vie comme l'²⁶Al, qui ne se forment que dans les éjectas de supernova, se trouvaient dans le système solaire primitif.
Le nombre de planètes n'est pas le fruit du hasard, mais la conséquence de la physique du disque et de la gravité : trop proches les unes des autres, les planètes se déstabilisent sur de longues échelles de temps ; trop éloignées, elles n'accrètent pas assez de matière. Des simulations informatiques montrent que notre système présente, parmi de nombreuses conditions initiales possibles, une stabilité particulière — favorisée peut-être par la formation précoce de Jupiter, qui a « nettoyé » le matériau astéroïdal et empêché la formation d'une cinquième planète tellurique. Mars serait devenue nettement plus massive dans d'autres conditions initiales.