太阳系（图1）的成员包括太阳和在太阳引力作用下围绕太阳运行的8颗大行星、若干颗矮行星、大量小天体、流星体，间接围绕太阳运行的卫星，还包括弥漫在空间中的行星际介质和太阳风，以及还是理论假设的奥尔特云。人类繁衍生息的地球是太阳系的成员之一。

图1 太阳系全景示意图

人类对世界的认识最初表达为各种宗教故事，“地”作为人居处于内，“天”作为神坛处于外。中国至迟到战国时期，已经依据在天空中的视运动，将日月和金木水火土五星同恒星区别开来，称为七曜。屈原在诗篇《天问》中对天地架构发出“圜则九重，孰营度之？”的疑问，张衡在《浑天仪注》中回答说：“浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小”，描画出一幅地心体系。西方在公元前三世纪时，阿利斯塔克就提出了太阳位于中心的日心说，但缺乏数学支持。公元140年前后，托勒密完成《天文学大成》，基于地心体系构建出了可与观测对比的数学模型，把人类对太阳系的认识提高到了科学的高度。此后的一千多年里，他的学说一直占据统治地位。

1543年，N.哥白尼出版《天体运行论》，日心说重新回到前台。此后的144年是认识突飞猛进的年代。1609年，J.开普勒出版《新天文学》，发表了关于行星运动的第一定律（椭圆定律）和第二定律（面积定律），9年后又出版《世界之和谐》，发表了第三定律（和谐定律）。在第谷近三十年火星精密观测数据的基础上，开普勒奠定了人类认识太阳系的科学基础。同一时期，伽利略进行了自由落体实验和望远镜天文观测，发现了沿着近乎圆形轨道围绕木星运行的四颗较大卫星，直观地揭示了太阳系天体运行的原理。1687年，I.牛顿出版《自然哲学的数学原理》，运用他和莱布尼茨发明的微积分方法，从开普勒的行星运动定律和伽利略的落体实验挖掘出了惯性定律、加速度定律、作用反作用定律和万有引力定律。前三条定律又称为牛顿运动定律。这四条从太阳系天体运动总结出来的科学定律揭示了太阳系天体运动的物理机制，确立了太阳的支配地位，还原了地球只是一颗行星的事实，适用于包括地球在内的宇宙间一切物体，作用范围远远超出了太阳系。

随后的三个多世纪，伴随着望远镜的改进和航天器的出现，观测技术不断提高；伴随着广义相对论和量子力学等科学理论的提出，理论研究步步深入。从1781年F.W.赫歇尔发现天王星开始，太阳系的新成员不断被发现，至今势头未减；从1959年苏联发射月球一号探测器开始，太阳系的主要成员已经被航天器一再访问，新发现层出不穷。人类对太阳系的认识从总体把握进入范围扩展和深度发掘的新阶段。

太阳系的质量分布高度不均匀。太阳独占已知系统总质量的99.86%，取得了引力支配地位。剩余质量中的99%，又被4颗巨行星瓜分。其余成员，包括4颗类地行星，数量众多的矮行星，卫星，小行星和彗星等，合起来只得到了不足总质量0.002%的份额。

太阳的热和光压造成了成员物质组成的梯度变化。距太阳大约5天文单位（AU）处，有一条霜线，越过此线，挥发性物质才会凝结。霜线把太阳系划分成内外两部分。内太阳系天体包括水星、金星、地球和火星四颗较小的行星，合称类地行星，主要由硅酸盐、铁、镍等高熔点成分组成。外太阳系天体包括木星、土星、天王星和海王星四颗巨行星，其中木星和土星主要由氢和氦等极低熔点和高蒸汽压的气体组成，合称气态巨行星；离开太阳更远的天王星和海王星，主要由熔点高于氢氦的水，氨和甲烷等挥发性质组成，合称冰巨行星。

已发现的太阳系小天体已超过百万颗，类型多样，分布也十分复杂，通常划分为不同的带和族。小行星带位于火星和木星轨道之间，成分类似于类地行星，占已知小天体数目的93%以上。柯伊伯带和离散盘位于海王星轨道之外，同属于海外族，主要由冰物质构成。离散盘的内侧与柯伊伯带重合，但向外一直延伸到距太阳150天文单位（AU）的地方，被认为是短周期彗星的主要来源地。再向外，还有新发现的赛德娜（Sedna）族，其中天体一直分布到离开太阳1000AU的地方。

几个族内都有矮行星居住，它们自身的引力已经大到可以维持为球形。已知的矮行星有小行星带的谷神星，海外族的冥王星、阋神星（Eris）、鸟神星（Makemake）和妊神星（Haumea）5颗，总数估计有数百颗之多。小行星、彗星、半人马天体、流星体和行星际尘埃等小天体则穿行于各区域之间。6颗大行星，至少4颗矮行星，还有许多小天体，都有各自的天然卫星围绕它们运行。

太阳系的广袤空间中还弥漫着接近真空的行星际介质。由太阳向外流出的带电粒子流形成太阳风，造成称为日球层的气泡状区域，其外边界日球层顶达到距太阳约80～150AU的地方，远在离散盘边界之外。奥尔特云可能在比日球层还要遥远的地方，从赛德娜族外围一直延伸到太阳引力边界之外，长周期彗星据认为来自那里。

行星到太阳的平均距离从水星的0.387AU到天王星的19.22AU，呈现出类似等比级数的规律性增加，波德-提丢斯定则试图描绘这个规律，但只有前几颗行星适用，对海王星已不再有效。

太阳系主要结构间的距离关系见图2。横坐标轴采用对数尺度，原点在太阳，单位是天文单位，指向离太阳最近的恒星半人马座α。从太阳向右，依次可以遇到大行星（水星、金星和天王星没有画出），小行星带，柯伊伯带，日球层顶，奥尔特云，太阳引力边界和比邻星（半人马座α）。

图2 太阳系主要结构间距离

图3显示出太阳系各区域的相对尺度。左上图为内太阳系，图中可见内行星、小行星带和作为外太阳系内边界的木星轨道。右上图为外太阳系，内太阳系缩小成为中心的灰色矩形。图中可见四颗外行星和冥王星的轨道，以及柯伊伯带，在右上角还可以看到红色的赛德娜。右下图显示出了赛德娜轨道的全部，可见赛德娜是在其绕日轨道的近日点处，外太阳系缩小成为左上的灰色矩形。左下图显示的是奥尔特云向内延伸的区域，赛德娜轨道缩小成为中心的灰色矩形。

图3 太阳系区域的相对尺度

太阳系天体的运动遵守开普勒发现的三条定律。大行星的轨道接近圆形，轨道平面也十分接近黄道面，换句话说，它们轨道的偏心率和倾角都比较小。部分小行星、彗星和柯伊伯带天体具有较大的偏心率和轨道倾角。所有行星和绝大多数天体公转的方向都和太阳自转的方向相同。如果从地球北极方向朝下看，是逆时针的。也有少数例外，哈雷彗星就是一个。多数较大天然卫星的自转与公转同步，以固定的一面朝向主星。太阳的质量虽然巨大，但只贡献了太阳系总角动量的2%，以木星为主的行星贡献了其余角动量的大部分，其中彗星可能也占有相当的份额。太阳系天体运动的这些特性都能从它们的星云起源和演化历史中得到解释。

太阳和太阳系位于银河系的一支旋臂——猎户臂——的边缘上，距星系中心约3万光年，距星系外缘约2万光年，以220千米/秒的速度围绕银河系中心运动。太阳相对于邻近星空的运动朝向武仙座中的一点，叫作太阳向点。

太阳系形成于45.68亿年前的一次星际分子云的引力坍缩。分子云的尺度达几光年，主要由氢组成，还掺杂有来自前代恒星的氦和少量重元素。坍缩发生在的巨大分子云的一隅，可能诞生了包括太阳在内的好几颗恒星。坍缩中大量物质向中心聚集，那里变得越来越热，形成炽热致密的原恒星。由于角动量守恒，前太阳星云的自转越来越快，扁平化成为直径约200AU的原行星盘（图4），盘中尘埃和气体在引力作用下相互吸引，聚集成为更大的物体。早期太阳系内有几百个原行星，它们互相吞并或破坏，最终吸积形成了今天的行星和矮行星，残余物则成为小天体。

图4 原行星盘想象图

霜线是形成不同类型行星的分界线。霜线以内温度较高，只有熔点较高的金属和硅酸盐能够保持固态，形成类地行星。此类物质在太阳星云内存在甚少，所以类地行星都未能长得太大。与此不同，霜线以外温度较低，挥发性冰物质能够保持固相，形成巨行星。冰物质比金属和硅酸盐多得多，巨行星可以长得很大，继续捕获最轻最丰富的氢氦元素形成庞大的大气。剩下的没有机会形成行星的碎片则残留在小行星带，柯伊伯带和奥尔特云内。外行星形成之后，在相互引力的作用之下，还经历了漫长的迁移过程，才来到了现在的轨道上。

经过约5000万年，积聚在原恒星中心的氢的压力和密度增大到足以点燃热核反应。温度，反应速率，密度和压力迅速增加，达到热压力等于重力的流体静力学平衡点，太阳从此变成一颗主序星，并在此阶段持续大约100亿年。主序星太阳释放出太阳风把原行星盘内残留的尘埃和气体清扫到星际空间，行星形成的过程由此终结。在主序星早期，太阳的亮度只有现在的70%，经历了变亮的过程才达到现在的亮度，并且还将维持大约50亿年，直到氢核完全被氦所覆盖。那时主序星阶段结束，核心发生坍缩，能量输出大大增加；外层膨胀，太阳直径增大到现今的260倍；表面积急剧扩大，表面温度降低到约2600K，变成一颗红巨星。水星将被气化，地球也变得无法居住。太阳核心温度的升高最终点燃氦聚变，由于质量不够大，太阳点燃不了重元素的热核反应，核心的热核反应很快变慢，外层物质则被抛到星际空间，中心剩下一颗非常致密的白矮星，质量仍然有原来的一半，大小却只与地球相当。抛出的外层物质形成行星状星云，把一部分原来太阳的物质归还回星际空间，不过比原来多富含了一些碳一类较重的元素。