Наш космический дом — восемь планет, одно Солнце и бесчисленные малые тела, погружённые в пространство, которое свет пересекает за полгода.
Солнечная система состоит из Солнца и всего, что гравитационно с ним связано. Лишь 0,14 % общей массы приходится на всё, кроме Солнца — и всё же эта крошечная доля включает восемь планет, сотни спутников, миллионы астероидов и миллиарды комет. Планеты движутся почти все в плоскости эклиптики — уплощённом остатке протопланетного диска, из которого возникла система. Мир планет разделяет фундаментальная граница: линия льда на расстоянии примерно 3–5 а.е. — там, где летучие соединения, такие как вода, метан и аммиак, в ранней Солнечной системе существовали в виде льда и способствовали образованию массивных внешних планет.
Солнце вырабатывает энергию за счёт протон-протонной цепочки (pp-цепочки): четыре ядра водорода (протона) поэтапно сливаются в ядро гелия. Возникающий при этом дефект массы полностью превращается в энергию согласно формуле E = mc² — каждую секунду около 620 миллионов тонн водорода превращаются в гелий. Излучаемая мощность составляет 3,86 × 10²⁶ ватт. Однако солнечному излучению требуется до 100.000 лет, чтобы преодолеть диффузный перенос излучения от ядра до зоны конвекции; от фотосферы до Земли оно затем добирается всего примерно за 8 минут.
Солнце — звезда главной последовательности спектрального класса G, которую в астрономии называют «жёлтым карликом», хотя на самом деле оно излучает белый свет (атмосфера придаёт ему желтоватый оттенок). Звёзды класса G составляют лишь около 7 % всех звёзд Млечного Пути; большинство — красные карлики (класс M). По светимости и массе Солнце находится примерно в середине диапазона стабильных звёзд главной последовательности — ничем не примечательно для астрономии, но идеально для зарождения жизни.
Четыре внутренние планеты возникли внутри линии льда из силикатов и металлов. Лёгкие, летучие соединения были испарены солнечным ветром и интенсивным ранним излучением — то, что осталось, представляло собой плотные, богатые породой тела с металлическими ядрами. Их гравитации недостаточно, чтобы удерживать лёгкие газы, такие как водород и гелий.
Ближайшая к Солнцу планета не имеет настоящей атмосферы и поэтому испытывает самые экстремальные перепады температур в системе. Примечательно: Меркурий вращается в спин-орбитальном резонансе 3:2 — три оборота вокруг своей оси точно соответствуют двум оборотам вокруг Солнца. Несмотря на небольшой размер, у Меркурия необычайно большое железное ядро (85 % радиуса), создающее слабое магнитное поле.
Самая горячая планета Солнечной системы — горячее Меркурия, хотя и расположена дальше от Солнца. Причина — экстремальный парниковый эффект: плотная атмосфера из CO₂ (давление в 92 раза выше земного) почти не выпускает тепло наружу. К тому же Венера вращается ретроградно и крайне медленно (венерианские сутки длятся 243 земных дня, а венерианский год — всего 225). Восход Солнца там можно наблюдать на западе. Венера считается предостережением о том, что может случиться с Землёй без обратной связи парникового эффекта.
Единственная известная планета с жидкой водой на поверхности и подтверждённой жизнью. Тектоника плит на протяжении геологических эпох регулирует содержание CO₂ в атмосфере (карбонатно-силикатный цикл) и тем самым стабилизирует климат. Сильное магнитное поле, создаваемое жидким внешним железным ядром, защищает биосферу от солнечного ветра. Относительно крупная Луна стабилизирует наклон земной оси (23,5°) и предотвращает хаотические колебания климата.
На Марсе находится гора Олимп — самый высокий вулкан Солнечной системы (21 км), а также крупнейшая система каньонов, долина Маринера (4.000 км длиной, 7 км глубиной). Сегодня атмосфера слишком разрежена (0,6 % земного давления), чтобы удерживать жидкую воду — но геологические следы доказывают, что 3–4 миллиарда лет назад на поверхности Марса была жидкая вода. Потеря магнитного поля около 4 миллиардов лет назад позволила солнечному ветру постепенно разрушить атмосферу.
За линией льда планеты могли за счёт замёрзших соединений (льда, метана, аммиака) накопить достаточно массы, чтобы своей гравитацией захватывать водород и гелий из протопланетной туманности. Газовые гиганты состоят преимущественно из H и He; ледяные гиганты содержат большую долю «льда» — в планетологии под этим понимаются такие соединения, как H₂O, NH₃ и CH₄, в сверхкритическом или жидком состоянии, а не твёрдый водяной лёд.
Крупнейшая планета превосходит по массе все остальные планеты вместе взятые более чем в два раза. Его Большое красное пятно — это буря, бушующая не менее 350 лет, размером больше Земли. Юпитер вращается быстрее всех планет (9 ч 56 мин) и благодаря сильной силе Кориолиса образует заметные облачные полосы. Четыре галилеевых спутника (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто) — открытые Галилеем в 1610 году — каждый по-своему увлекательный мир: Ио вулканически активен, у Европы под ледяной коркой находится глобальный океан.
Впечатляющая система колец Сатурна состоит из миллиардов ледяных и каменистых обломков (от 1 см до нескольких метров), простирающихся на 282.000 км в радиусе, но имеющих толщину всего 10–100 м. Его средняя плотность 0,69 г/см³ — самая низкая среди всех планет: Сатурн держался бы на плаву в воде. У спутника Титан плотная азотная атмосфера и озёра из жидкого метана. Энцелад выбрасывает в космос водяные гейзеры — признак подповерхностного океана.
Уран — самая холодная планета Солнечной системы, несмотря на то, что Нептун находится дальше. Он почти не излучает внутреннее тепло, что указывает на необычную внутреннюю структуру. Его самая заметная особенность — наклон оси в 97,77°: он практически катится по своей орбите и поочерёдно обращает к Солнцу то один, то другой полюс на протяжении ~42 лет. Предположительно, такое положение возникло в результате столкновения с телом размером с Землю.
Нептун обладает самыми сильными из известных ветров в Солнечной системе — до 2.100 км/ч, хотя получает крайне мало солнечной энергии. Поэтому он должен излучать огромное количество внутреннего тепла. Его крупнейший спутник Тритон обращается вокруг него ретроградно — это указывает на то, что Тритон не является естественным спутником, а представляет собой захваченный объект из пояса Койпера. Тритон движется по спирали к Нептуну и будет разорван примерно через 3,6 миллиарда лет.
Обитаемая зона (ОЗ), также называемая зоной Златовласки, — это область вокруг звезды, в которой планета с атмосферой может удерживать жидкую воду на поверхности. Её границы зависят от светимости звезды, альбедо (отражательной способности) планеты и состава её атмосферы. Консервативная ОЗ нашей системы простирается от 0,99 до 1,70 а.е. — Марс находится у внешней границы, но из-за недостаточно плотной атмосферы не пользуется преимуществами парникового эффекта. Венера, в свою очередь, тоже находилась бы в ОЗ, но из-за неконтролируемого парникового эффекта потеряла все водные океаны.
Классические модели ОЗ описывают только планеты на поверхности. Но жизнь может существовать и далеко за её пределами: спутники Европа (у Юпитера) и Энцелад (у Сатурна) обладают под толстой ледяной коркой глобальными солёными океанами, подогреваемыми приливными силами. Энцелад активно выбрасывает в космос водяные гейзеры, которые анализировал космический зонд «Кассини» — и обнаружил в них органические соединения и молекулярный водород. Это указывает на гидротермальную активность, которая на Земле миллиарды лет поддерживает жизнь. Поэтому концепцию ОЗ необходимо расширить субсолнечной зоной, простирающейся значительно дальше.
Между планетами, за их пределами и вокруг них Солнечную систему населяет множество малых объектов — ископаемые остатки эпохи формирования, захваченные тела или обломки прошлых столкновений.
«Вояджер-1», запущенный в 1977 году, в 2012 году первым из рукотворных объектов пересёк гелиопаузу — границу между солнечным ветром и межзвёздной средой — на расстоянии около 121 а.е. С тех пор он находится в межзвёздном пространстве, но всё ещё посылает слабые радиосигналы на Землю (время прохождения сигнала: ~22 часа). До пояса Койпера он летел лишь десятилетия; до внутренней границы облака Оорта ему потребуется ещё около 300 лет, до внешнего края — ~30.000 лет.
Солнечная система образовалась около 4,57 миллиарда лет назад из коллапсирующего молекулярного облака газа и пыли. Предполагаемым спусковым механизмом была ударная волна близлежащей сверхновой — это также объясняет, почему в ранней Солнечной системе присутствовали короткоживущие радиоактивные изотопы, такие как ²⁶Al, которые образуются только в выбросах сверхновых.
Число планет — не случайность, а следствие физики диска и гравитации: слишком близко расположенные друг к другу планеты дестабилизируются на длительных временных масштабах, слишком далеко разнесённые не накапливают достаточно материала. Компьютерные симуляции показывают, что наша система обладает особой стабильностью среди множества возможных начальных условий — возможно, этому способствовало раннее формирование Юпитера, который «расчистил» астероидный материал и помешал образованию пятой планеты земной группы. При иных начальных условиях Марс мог бы стать значительно массивнее.