6.2 הפלנטות

במערכת השמש הפנימית נמצאים ארבעה כוכבי לכת הארציים המורכבים מחומרים סלעיים ומתכתיים. מרקיורי הקטן דומה בגודלו לירח של כדור הארץ. פני השטח שלו מכוסים במכתשים, והמסה שלו קטנה מכדי לשמור על אטמוספרה  משמעותית. גודלה של נוגה בערך כגודל כדור הארץ. "כוכב הלכת התאום" שלנו חווה פעילות גיאולוגית משמעותית, אשר עיצבה את הפלנטה והסתירה את מרבית הראיות שנותרו מהפגזה שספגה בראשית דרכה. לנוגה אטמוספרה צפופה ביותר המכילה CO₂, שגורם לאפקט חממה אינטנסיבי, ומחמם את השטח הצחיח והגעשי עד למאות מעלות.

פני השטח של מאדים קרובים ביותר לאלו של כדור הארץ, אבל הם אינם אלא מדבר קר, קפוא, עם אטמוספירה  דקה עשויה CO₂. למאדים יש מים בשפע, אבל הם לכודים בשלוש צורות: קרח בקטבים, מים תת קרקעיים, מולקולות מים הספוחות למינרלים . למרות העובדה כי אין מים נוזליים על פני השטח, קיימים  במאדים נהרות וחופי אגמים יבשים המעידים כי במאדים העתיקה – לפחות באופן זמני – היה אקלים המאפשר למים נוזליים לזרום על פני השטח. שתי תעלומות גדולות ביחס למאדים נותרו בלתי פתורות: הסיבה לשינוי האקלים, והשאלה האם התפתחו חיים על מאדים. עדויות על קיום חיידקים עתיקים במאדים דווחו בעקבות מחקר של מטאוריט ממאדים ב- 1996, אך התברר כי עדויות אלה אינן חד משמעיות.

ניתן להסביר את הבדלים בין כוכבי הלכת הארציים באמצעות כמה עקרונות פיזיים כלליים. עקרונות אלה צריכים לחול גם על מערכות פלנטריות אחרות. כוכבי לכת גדולים שומרים על  חום פנימי רב יותר כי הם מבודדים יותר, ויש להם יותר אנרגיה המיוצרת מדעיכה רדיואקטיבית בליבותיהן הצפופות. לכן, קיימות בהם תופעות וולקניות רבות, ופני השטח שלהם צעירים יותר, ופחות מכתשים שרדו בהם. כוכבי לכת מסיביים יותר הם בעלי כוח הכבידה חזק יותר, כך שהם יכולים לשמור טוב יותר על גזים באטמוספרה שלהם. כוכבי לכת קטנים יותר נוטים לחוסר פעילות גיאולוגית ופני השטח שלהם עתיקים. הכבידה על כוכבי לכת קטנים חלשה וגזים אטמוספריים יכולים להימלט לחלל בקלות. גזים וולקניים הנפלטים בכוכבי לכת גדולים עשירים CO₂ ו- H₂O. על נוגה H₂O התאדה ואבד; בכדור הארץ המים נשארו במצב נוזלי ועל מאדים הם קפאו. ה- CO₂ הפך לגז אטמוספרי עיקרי בכל שלושת כוכבי הלכת. בכדור הארץ  רוב ה- CO₂ מומס באוקיינוסים, בעוד שהצמחים הוסיפו חמצן לאטמוספירה.

ארבעת כוכבי הלכת הענקיים – צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון – ומערכות הירחים שלהם מראים דמיון והבדלים שיטתיים. לכל ארבעת כוכבי הלכת הענקיים יש אטמוספרה צפופה, ומעוננת, שמרביתה מסתה מכילה בין 63% ל -93% מימן, והשאר בעיקר הליום. לכולם יש טבעות המורכבות מיליארדים של חלקיקי קרח או סלע שגודלם נע מחלקיקים מיקרוסקופיים ועד לסלעים בגודל בית. לכולם יש מערכות ירחים. רוב הירחים מכילים קרח רב וקרקעות כהות. חלק זה של מערכת השמש הוא כל כך קר, שהקרח הוא המרכיב העיקרי של החומר הזמין ביותר לבניית ירחים וכוכבי לכת.

קיימים גם הבדלים חשובים בין ענקי הגז. כוכבי הלכת המרוחקים הם גם קרים יותר, ושכבות עננים שלהם פחות צפופות. אורנוס ונפטון קטנים יותר מצדק ושבתאי, ויש להם צבע כחול שנגרם בשל גז המתאן, בשונה מצורות אדומות ובגוון חום כהה של הפלנטות הגדולות. אורנוס היטה את קו המשווה שלו כמעט בניצב למישור הפלנטות במערכת השמש. כוכבי הלכת גם נבדלים במבנה ובהרכב של מערכות הטבעת שלהם. הטבעות מורכבות ככל הנראה מחתיכות זעירות של סלעים וגושי קרח שהתרסקו בהשפעת גופים בין פלנטריים. המראה של מערכת הטבעות מושפע מהזמן שחלף מאז התרחשו שינויים בפלנטה, וגם מהרכב הפלטנה.

רק לפני דור, נחשבו ירחים רבים של כוכבי הלכת הענקיים עשויים סלעים וקרח ככדורים מתים מבחינה גיאולוגית. מחקר ישיר באמצעות חלליות חשף מגוון רחב הרבה יותר. על חלק מן הירחים הללו, קיימות תופעות גאות ושפל היוצרות חום המוביל לפעילות גיאולוגית, הכוללת הרי געש פעילים ואגמי לבה. בדרך כלל, הירחים הגדולים קרובים לכוכבי הלכת שלהם ומושפעים מכוחות גאות חזקים ביותר. חלק מהירחים הבולטים ביותר הם: אירופה  – ירח של צדק, שאולי יש בו אוקיינוס ​​של מים נוזליים מתחת לפני השטח הקפוא; איו ירח של צדק, עם הרי געש פעילים; טיטאן של שבתאי, עם אטמוספרה  צפופה, מעוננת, ועשירה בחנקן; וטריטון של נפטון, הפולט עשן ובעל אטמוספרה דקה.

פלוטו, עד לאחרונה סווג כפלנטה התשיעית, הוא אינו אלא הגדול מבין גופים בין-פלנטריים רבים באזור זה של מערכת השמש. אך הוא קטן יותר מאשר הירח שלנו. מאפיין ייחודי שלו הוא ירח שגודלו בערך כמחצית מגודל פלוטו.

המגוון של העולמות במערכת השמש החיצונית מרתק, אבל עלול להיות גם מבלבל. עם זאת, עקרונות פיזיקליים פשוטים קובעים את התנהגות הפלנטות ושאר הגופים במערכת השמש. החשוב ביותר הוא כוח הכבידה. כוח הכבידה גורם לשינויים במבנה האנכי של האטמוספרה בפלנטות הענקיות, שבהן גז דחוס הופך לנוזל בעומקים גדולים, ובסופו של דבר גם מוצק רך. פעולת כוח הכובד הבלתי אחידה על גוף גדול מסבירה מדוע פני השטח של חלק מהירחים שבורים ומתקיימים בהם חללים חמים. כוח הגאות מסביר גם מדוע מערכת טבעות נמצאת רק בסמוך לכוכב לכת. ירחים וחלקיקי טבעת נעים במסלולים סביב כוכבי הלכת שלהם בהתאם לחוקי קפלר, ובהתאם לחוקי התנועה של ניוטון וכוח המשיכה. עקרונות אלה יחולו גם על מערכות שמש אחרות שהאסטרונומים מגלים בחלקים אחרים של הגלקסיה.