태양계는 태양과 태양의 영향권 내에 있는 주변 천체로 구성된 계이다(그림 1과 2 참조). 항성인 태양, 태양을 공전하는 행성, 그 행성을 공전하는 위성, 그리고 왜소행성(dwarf planet)과 소행성, 혜성, 카이퍼대 (Kuiper belt) 천체를 비롯한 태양계 소천체(small Solar System body, SSSB), 행성간먼지(interplanetary dust)로 구성되었다.

행성에는 소행성대(asteroid belt)보다 안쪽에 있는 수성, 금성, 지구, 화성과 바깥쪽에 있는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 있다. 이들은 각각 지구형행성(terrestrial planet)과 목성형행성(jovian planet)으로 부른다. 지구형행성은 암석으로 되어 있으며 위성이 없거나 수가 적다. 목성형행성은 거대기체행성(giant gaseous planet)이라고 불리며 네 개의 목성형행성은 태양을 제외한 태양계 질량의 99%를 차지한다. 기체 행성이기 때문에 밀도가 상대적으로 낮은 반면, 많은 위성들을 거느리고 있다. 목성형 행성은 모두 고리를 두르고 있다.

소행성대를 이루는 천체는 대부분 암석으로 구성되어 있는 반면 카이퍼대천체(Kuiper belt object, KBO)는 암석 외에도 물, 암모니아, 메탄 등이 얼음 형태로 존재한다. 한편, 이들이 불규칙한 모양을 갖는 것과 달리 세레스(Ceres), 명왕성, 하우메아(Haumea), 마케마케(Makemake), 에리스(Eris)는 행성만한 힘은 없지만 자체 중력으로 구형을 유지해 왜소행성으로 분류된다.

행성과 같은 큰 천체의 궤도면은 대부분 황도와 매우 가깝고 공전 방향 역시 시계 반대 방향으로 일치한다. 하지만, 혜성을 비롯한 작은 천체들은 공전궤도면이 황도와 이루는 각, 즉 궤도경사각이 큰 것이 특징이다.

확대보기

그림 1. 태양계 구성원의 태양으로부터 위치. 타원궤도를 돌기 때문에 근일점과 원일점이 구간으로 나타나 있다.(출처)

확대보기

그림 2. 행성의 크기. 거리는 왜곡되어 있지만 크기는 비교적 정확하게 표시되어 있다.(출처)

태양계의 중심에 위치한 G2형 별로서 항성종족 I에 속한다. 약 46억년 전에 탄생해 앞으로 약 50억년을 주계열성 단계에 머물 것으로 예상된다. 표면 온도는 약 5,860 K, 절대등급은 +4.83이다. 지름은 약 139만 2천 km로 지구보다 109배 크며, 질량은 2×@@NAMATH_INLINE@@10^{30}@@NAMATH_INLINE@@ kg이다. 태양은 태양계 전체 질량의 99.86%를 차지하지만, 각운동량으로 따지면 태양계 전체의 2%에 지나지 않는다. 지구에서 평균 1억 4960만 km(1 AU) 떨어져 있지만, 지구는 태양을 타원 궤도를 따라 공전하기 때문에 1월 근일점에 있을 때 가장 가깝고 7월 원일점에 있을 때 가장 멀다.

태양은 태양계를 중력적으로 지배할 뿐 아니라 중심핵에서 초당 6억 톤의 수소를 헬륨으로 바꾸는 수소핵융합반응(hydrogen thermonuclear fusion)으로 복사에너지를 방출한다. 또한 태양풍(solar wind)이나 코로나질량방출(corona mass ejection, CME) 과 함께 유출되는 자기장은 태양권(heliosphere)을 형성한다. 태양의 자전 때문에 행성간 공간(interplanetary magnetic space)을 퍼져 나가는 자기력선이 나선 모양 구조를 이루는데, 이를 파커의 나선(Parker's spiral)이라고 한다. 행성간 매질을 퍼져나간 태양 플라스마와 자기장은 행성의 자기장과 상호작용을 일으켜 오로라와 같은 현상을 일으킨다.

태양에서 0.4 AU 떨어져 있으며, 가장 가까운 행성이다. 질량은 지구의 0.055배로 태양계 행성 중 가장 작은 행성이다. 딸린 위성이 없고 대기 또한 아주 희박해 충돌구(impact crater)와 계곡, 단층과 같은 지형이 그대로 보존되어 있다. 지구 자기장의 1%에 불과한, 극히 약한 자기장이 있는 것으로 보아 내부의 핵과 맨틀은 고체 상태인 것으로 예상된다. 수성의 공전궤도 이심율은 0.21로 태양계 행성 중에 가장 크다. 수성 궤도의 근일점(perihelion) 이동은 뉴턴의 고전역학으로는 설명할 수 없고 아인슈타인(Albert Einstein)의 일반상대성이론으로만 설명 가능하다.

태양으로부터 거리는 0.7AU, 공전주기는 224.7일이다. 태양에서 두 번째로 가까운 행성이다. 질량은 지구의 0.82배이며 위성은 없다. 그 크기 뿐 아니라, 규산염 맨틀과 철질 핵 등 여러 가지 특성이 지구와 가장 비슷하다. 그러나 짙은 대기 때문에 반사도(albedo)가 가장 높고 표면 대기압은 지구의 90배나 된다. 가장 밝을 때 겉보기등급이 -4.6 등급에 이른다. 대기 중 온실 기체의 양이 많아 표면 온도는 섭씨 400도에 달한다. 자기장이 없지만 특이하게 이온권이 발달되어 강력한 태양풍으로부터 보호 받는다. 금성의 자전주기는 243일로 태양계 행성 중 자전이 가장 느리며 방향도 다른 행성들과 반대다. 금성이라는 이름은 오행 중 하나인 '금'에서 유래했으며, 태백성으로도 불렸다. 금성은 보이는 기간에 따라 저녁 무렵에 나타날 때에는 장경성, 새벽 무렵에 보일 때에는 샛별 혹은 계명성이라고 불렀다.

태양으로부터 1AU 떨어져 있으며 우주에서 생명체의 존재가 증명된 유일한 천체다. 현재에도 지질학적 활동이 활발한 유일한 행성이다. 1개의 위성을 가지고 있으며 태양계에서 모행성과 위성의 질량비가 가장 크다. 대기 구성 비율로는 질소가 가장 많지만 식물이 일으키는 광합성 덕분에 산소의 함량이 21%나 된다.

태양으로부터 1.5AU 떨어져 있으며 4번째로 가까운 행성이다. 질량은 지구의 0.107배이다. 얇은 대기가 있는데 주로 이산화탄소로 이루어져 있다. 화성은 데이모스(Deimos)와 포보스(Phobos)라는 2개의 위성이 있다. 최근까지 지질학적 활동이 지속된 흔적이 있으며 태양계에서 가장 높은 화산인 [올림포스산](Olympus Mons)이 있다. 표면이 붉게 보이는 것은 토양에 산화철이 풍부하기 때문이다.

태양에서 5.2AU 떨어진 곳을 공전하는, 태양계 행성 중 가장 크고 무거운 행성이다. 자전주기는 9시간 55분으로 짧다. 질량은 지구의 318배로 다른 모든 행성들을 다 합친 것보다 2.5배 크다. 주로 수소와 헬륨으로 구성된 기체 행성인데 목성과 구조가 유사한 외행성(outer planet)을 목성형행성이라고 부른다. 자전 속도가 빠르기 때문에 적도와 나란한 줄무늬 형태의 어두운 띠(blet)와 밝은 대(zone)가 특징적으로 보인다. 대적반(the great red spot)이라는 고기압성 폭풍은 최소한 350년 이상 존재한 것으로 생각된다. 대적반은 약 6일 주기로 반시계방향으로 회전하며, 크기는 24~40,000 km × 12~14,000 km로, 지구가 두 세개 들어갈만한 크기다. 목성에는 얇은 고리가 있으며 위성 수가 가장 많은 행성이다. 현재 알려진 숫자는 79개, 이중 가장 큰 가니메데(Ganymede), 칼리스토(Callisto), 이오(Io), 유로파(Europa)는 갈릴레오가 발견해 갈릴레오의 위성이라고도 불린다. 가니메데는 태양계 위성 가운데 부피와 질량이 가장 크며, 심지어 수성보다도 크다. 목성의 자기장은 지구의 그것보다 14배나 강한데 이는 태양흑점을 제외하고 태양계에서 가장 강한 셈이다. 목성의 자기권꼬리(magnetotail)는 거의 토성의 궤도에 이른다.

태양으로부터 9.5AU 떨어진 곳에 위치한 목성형 행성이며 자전주기는 10시간 47분 6초이다. 토성의 가장 큰 특징은 뚜렷한 고리이다. 질량은 지구의 95배, 밀도는 태양계 행성 중 가장 낮아 비중이 물보다 작다(0.7@@NAMATH_INLINE@@g/cm^3@@NAMATH_INLINE@@). 토성의 표면 중력은 지구와 비슷하다. 현재 알려진 위성의 수는 62개, 이중 타이탄(Titan)과 엔켈라두스(Enceladus)에는 얼음 물질을 뿜어내는 화산 활동이 활발하게 일어나고 있다. 특히 타이탄 (Titan)은 태양계 위성 가운데 유일하게 짙은 대기에 둘러싸여 있다.

태양에서 19.2AU 떨어진 곳에 있고 목성형행성 가운데 가장 가벼우며 질량은 지구의 14배이다. 천왕성의 자전축은 황도면에 대해 97.9° 기울어져 누운 상태로 공전한다. 천왕성의 중심핵은 다른 목성형행성에 비해 매우 차가우며, 방출하는 열이 적은 것이 특징이다. 천왕성의 고리는 태양계에서 두 번째로, 토성 다음에 발견되었다. 천왕성은 허쉘(William Herschel)이 1781년 3월 발견했는데 천체망원경으로 처음 발견한 행성이다. 수성, 금성, 화성, 목성, 토성 외에 인류가 처음 도구(망원경)로 발견해 태양계의 지평이 확장된, 의미 있는 행성이다.

태양에서 30AU 떨어진 태양계에서 가장 밖에 위치한 행성이다. 질량은 지구의 17배에 해당한다. 해왕성의 위성 가운데 트리톤(Triton)은 태양계 위성 중 유일하게 역방향으로 모행성을 공전한다. 천왕성과 해왕성은 목성형 행성이지만 기체 성분이 전체 질량의 10% 정도 밖에 되지 않으며 얼음 물질의 비중이 높은 편이다. 질량의 대부분이 메테인, 물, 암모니아로 된 얼음이 차지한다. 해왕성은 수학적 계산으로 그 궤도를 예측해서 발견된 태양계에서 유일한 행성이다. 부봐르(Alexis Bouvard)는 천왕성의 공전궤도에 섭동을 일으키는 행성의 존재를 미리 예측했고, 르베리에(Urbain Jean Joseph Le Verrier)가 이를 계산했다. 마침내 1846년 갈레(Johann Gottfried Galle)는 해왕성을 발견하는데 성공했다. 1989년 보이저2호(Voyager 2)는 해왕성에서 목성의 대적반과 비슷한 대흑점(The Great Dark Spot)을 발견했다. 그러나 대흑점은 대적반처럼 수백년동안 안정적인 구조를 유지하지 못하는 것으로 예측된다.

2006년 8월 체코 프라하에서 열린 국제천문연맹(International Astronomical Union, IAU)의 정기총회(general assembly)에서 새롭게 정의된 천체에 관한 분류다. 태양계에서 왜소행성은 다음과 같은 기준을 만족한다:

이 기준에 의하면 태양계에는 세레스, 명왕성, 하우메아, 마케마케, 에리스 5개의 왜소행성이 있다. 세드나(Sedna), 오르쿠스(Orcus), 콰오아(Quaoar) 등은 조만간 왜소행성으로 분류될 가능성이 있다.

소행성(asteroid)은 비휘발성 광물로 구성된 암석이다. 소행성은 주로 화성과 목성 사이를 공전하는데 이를 소행성대라고 부른다. 태양으로부터 거리는 약 2.3에서 3.3AU이다. 이들은 태양계 생성 초기에, 앞서 만들어진 목성의 중력 때문에 서로 뭉치지 못해 행성으로 자라지 못한 잔해들이라고 생각된다.소행성 중 가장 큰 것이 세레스였는데 세레스는 최근 왜소행성으로 재분류되었다. 소행성대에 분포하는 소행성의 질량을 모두 합쳐도 지구 질량의 1000 분의 1을 넘지 못할 것으로 추정된다. 소행성대 외에 목성 공전 궤도의 제4라그랑지점과 제5라그랑지점에 해당하는 위치에 소행성들이 모여 있는데 이를 트로이소행성군이라고 부른다. 이러한 소행성군과 소행성족들이 특별한 공전궤도를 구성하며 분포한다.

태양으로부터 30에서 50AU 떨어진 지역에 분포하며 카이퍼대천체들의 주요 구성 물질은 암석 외에 각종 휘발성 물질로 된 얼음이라고 생각된다. 이들의 질량을 모두 합쳐도 지구 질량의 100분 1 미만이라고 추정하고 있다. 카이퍼대 천체 대부분은 황도면과 어긋난 공전궤도를 공전한다. 오오트구름(Oort cloud)은 태양에서 50000AU 떨어진 곳에 분포하는 가상적인 얼음 천체 지역이다. 이 지역은 장주기 혜성들의 고향이라고 생각된다.

혜성은 휘발성 얼음 혼합물로 이뤄진 태양계 천체다. 혜성이 태양에 가까워지면 얼음 상태였던던 휘발성 물질이 증발해 코마(coma)가 만들어지고 마침내 긴 꼬리를 형성한다. 혜성의 꼬리는 이온꼬리와 먼지꼬리로 구분되기도 한다. 혜성은 이심률이 매우 큰 타원궤도를 돌거나 심지어 포물선이나 쌍곡선 궤도를 따르기도 한다. 궤도경사각 역시 매우 크다. 궤도운동을 하다가 태양에 접근하면서 휘발성 물질이 거의 다 증발한 늙은 혜성은 종종 소행성으로 분류되기도 한다.

성운설에 의하면 느리게 회전하던 성간기체와 먼지가 수축해 납작한 원반 모양을 이루고 물질이 응집되어 행성으로 자라 현재의 태양계가 되었다. 이러한 이론을 일원론적 이론이라고 하는데 행성의 공전궤도면과 공전 방향이 대략 일치하는 것을 잘 설명한다. 하지만, 이 이론은 대부분의 각운동량이 태양에 집중되었을 것이라고 예측하고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해 최근에는 성운에 난류 현상을 도입해 각운동량의 분배를 유도하기도 한다. 하지만, 이 역시 난류 현상이 너무 강하면 행성이 형성되기 어렵기 때문에 성운의 소실과정과 행성의 위치 등에 대한 설명이 어려운 형편이다.