Questa importante scoperta diede una nuova spinta verso l' astronomia moderna perfezionando la "rivoluzionaria" teoria eliocentrica di Copernico(inizio XVI secolo) ed affossando definitivamente il modello geocentrico di Aristotele e Tolomeo.

Le orbite dei pianeti che ruotano attorno al sole non sono dunque dei "perfetti" cerchi, bensì delle ellissi.
conoscendo quindi le proprietà delle ellissi è stato possibile calcolare, con estrema precisione, i parametri orbitali di tutti i corpi celesti che ruotano attorno al Sole


L’ellisse è una figura piana definita dalla seguente proprietà: la somma delle distanze, da qualsiasi punto perimetrale dell’ellisse, da due punti fissi (detti fuochi dell’ellisse) è sempre costante.

Nella figura a fianco è rappresentata un'orbita ellittica, con indicati i suoi parametri caratteristici: semiasse maggiore (a), semiasse minore (b), semi-distanza focale (c), eccentricità (e).

Tra questi parametri esistono le relazioni seguenti:

c = √ (a-b)

e = eccentricità = c/a

Con il valore di "e" che va da ≤ 0 a < 1
Con e = 1 si ha una parabola mentre con e > 1 si ha una iperbole.

Come si vede dalla figura a lato, l' ellisse risultà essere sempre più allungata al crescere dell' eccentricita mentre con eccentricità=0 si ha un cerchio.

La prima e più importante conseguenza della prima legge di Keplero riguarda il fatto che ognuno dei pianeti del Sistema solare, nel corso del proprio moto di rivoluzione, si troverà più vicino al Sole in alcuni punti mentre in altri sarà più lontano. Più precisamente le distanze dei pianeti dal Sole variano continuamente nel corso dei rispettivi moti di rivoluzione, e per ciascuna orbita ci sono due particolari punti che realizzano la massima e la minima distanza dal Sole, detti rispettivamente Afelio e Perielio.
Per esempio, la Terra raggiunge il punto più vicino al Sole (perielio) attorno al 2 Gennaio (quando nell'emisfero nord è inverno!) a una distanza di 147 000 000 di Km e il punto più lontano (afelio) attorno al 5 di Giugno, a una distanza di 152 000 000 di chilometri.

Quindi la velocità orbitale dei pianeti non è costante, ma varia lungo i vari punti dell'orbita.
Le due aree, evidenziate nella figura a lato, sono infatti uguali e quindi vengono percorse nello stesso tempo. Ne deriva che in prossimità del perielio, dove il raggio vettore è più corto e l'arco di ellisse corrispondente (C-D) più lungo, la velocità orbitale è maggiore mentre all'afelio dove il raggio vettore è più lungo e l'arco di ellisse corrispondente (A-B) più corto, la velocità orbitale è minore.
In sostansa il pianeta ha una velocità orbitale maggiore quanto più si avvicina al Sole e minure quanto più se ne allontana. Al perielio la velocità sarà massima mentre all' afelio sarà minima.
La velocità angoare della Terra, ad esempio, varia da un massimo di 30,2865 Km/s (al perielio) ad un minimo di 29,2911 Km/s (all’ afelio). La sua velocità media risulta di 29,78 km/s e compie, in un anno, circa 940 milioni di Km.

La terza legge di Kepleromette in relazione le distanze dei pianeti dal Solecon le rispettive durate di un’orbita completa.
In particolare afferma che rapporto tra il quadrato del periodo di rivoluzione (P) e il cubo del semiasse maggiore dell'orbita (R) è lo stesso per tutti i pianeti. Abbiamo quindi :

In sostanza il periodo di rivoluzione di un pianeta cresce esponenzialmente con l’ aumentare della sua distanza dal Sole.
Infatti ad esempio Mercurio (il pianeta più vicino al Sole) ha un periodo di rivoluzione di 87,969 giorni mentre Nettuno (il pianeta più lontano al Sole) ha un periodo di rivoluzione di 60.189 giorni.
Conoscendo il tempo di rivoluzione di un pianeta, la terza legge di Keplero consente di ricavarne immediatamente la distanza media dal Sole prendendo come unità la distanza Terra-Sole = 149.600.000 Km detta anche Unità Astronomica (UA). Ad esempio, Saturno compie una rivoluzione attorno al Sole in29,46 anni: la sua distanza media vale ³√29,46 ² = 9,54. Quindi Saturno mediamente dista dal sole 9,54 volte più della distanza Terra-Sole ovvero 9,54 UA.

Orbite e velocità di fuga

La forza di gravità con cui due corpi celesti si attraggono fu formulata da Isaac Newton nel 1687. Essa è direttamente proporzionale al prodotto delle due masse e inversamente proporzionale al quadrato delle loro distanze
Nel Sistema Solare il Sole possiede il 99% della massa totale e ciò rende approssimativamente trascurabile le masse dei corpi celesti che vi orbitano attorno. Ne deriva che Il tipo di orbita che un corpo celeste (pianeta, asteroide, cometa ecc.) compie attorno al Sole, dipende essenzialmente dalla velocità orbitale del corpo celeste e dalla distanza che lo separa dal Sole.
Alla distanza della Terra , un corpo di massa trascurabile segue una orbita ellittica se ha una velocità inferiore a 42 Km/s (infatti la velocità orbitale della terra e di circa 30 Km/s); se la velocità raggiunge 42 Km/s allora l’ orbita diventa parabolica e il corpo si allontana all’ infinito; se supera questo valore il corpo va verso l’ infinito su una orbita iperbolica.
Il valore di 42 Km/s è quindi la velocità minima che deve possedere un corpo, che si trova alla stessa distanza della Terra dal Sole, per “fuggire” dal sistema solare. Questa velocità viene definita come velocità di fuga e diminuisce al crescere della distanza. Alla distanza di 1 milione di Km dal centro del Sole la velocità di fuga è di 500 km/s mentre alla distanza di Giove, che è di 780 milioni di Km , la velocità di fuga è di 18,4 Km/s.
Il concetto di velocità di fuga ovviamente non riguarda solo il Sole ma si può estendere a tutti i corpi celesti legati tra di loro da interazioni gravitazionali. Ad esempio per sfuggire al campo gravitazionale terrestre un corpo deve avere una velocità di fuga di 11,2 Km/s.
Un corpo al quale viene impressa questa velocità può “fuggire” dal campo gravitazionale terrestre ma se non supera i 42 Km/s resta sempre vincolato all’ interno del sistema solare. Analogamente a quanto già detto, al crescere della distanza dal suolo terrestre cioè a 3600 km di quota (10.000 Km dal centro) la velocità di fuga si riduce a 8,9 Km/s.
Per calcolare la velocità di fuga, di un corpo di massa trascurabile, da un corpo celeste di massa M ci si avvale della:



dove:

• M : è la massa del pianeta
• G : è la costante gravitazionale;
• r : è il raggio del pianeta;
• μ = GM : è nota, in campo aerospaziale, come costante gravitazionale planetaria.

La velocità di fuga assume particolare importanza in campo aereo-spaziale dove occorre calcolare, di volta in volta e con estrema precisione, le spinte necessarie per portare un “vettore” a percorrere determinate orbite attorno alla Terra o al di fuori del campo gravitazionale terreste.

Configurazioni planetarie

La distanza e la visibilità dei pianeti dalla Terra variano continuamente a causa del loro moto di rivoluzione e a quello della Terra.
Quando un pianeta appare in direzione opposta a quella del Sole si dice in opposizione ed allora si trova alla minima distanza da noi.
Quando invece si trova nella medesima direzione del Sole si dice in congiunzione ed è inosservabile perché la luce solare ne impedisce la visione.
I pianeti che gravitano su orbite interne a quella della Terra ( i cosiddetti pianeti interni: Venere e Mercurio ) non possono evidentemente trovarsi mai in opposizione.
Si possono invece trovare in congiunzione sia essendo al di là che al di qua del Sole: nel primo caso la congiunzione si dice superiore, nel secondo inferiore.
Venere e Mercurio non possono apparire mai più lontani di un dato angolo dal Sole (28° per Mercurio e 48° per Venere) e quando raggiungono questa massima distanza angolare si dice che si trovano alla massima elongazione.
Un pianeta si dice in quadratura quando si vede in una direzione che fa un angolo retto con la direzione in cui si vede il Sole. È evidente che i pianeti interni non possono mai trovarsi in quadratura.
Le opposizioni, le congiunzioni, le quadrature e le massime elongazioni sono posizioni caratteristiche delle cosiddette configurazioni planetarie.
Al verificarsi delle opposizioni si hanno le migliori condizioni per l'osservazione dei pianeti esterni; e ciò sia per la minima distanza sia, per la favorevole posizione in cielo.
Data l'eccentricità delle orbite la distanza non è però la medesima per tutte le opposizioni: la differenza da un'opposizione all'altra è particolarmente sensibile per Marte la cui orbita è fra le più eccentriche fra quelle planetarie.
Nelle opposizioni che si verificano quando Marte è all'afelio, la distanza del pianeta dalla Terra è di 99 milioni di chilometri, in quelle che si verificano quando invece è al perielio, la distanza è di soli 56 milioni di chilometri. Le opposizioni che avvengono quando Marte è in prossimità del perielio, e che vengono dette grandi opposizioni, sono le occasioni più favorevoli per l'osservazione di Marte. Fu nella grande opposizione del 1877 che l’ astronomo italiano Schiaparelli vide per la prima volta i famosi canali.

Mercurio - È il primo pianeta del Sistema Solare in ordine di distanza dal Sole. L’orbita è piuttosto eccentrica, cosicché il pianeta viene a trovarsi a 46 milioni di km dal Sole al perielio e a circa 70 milioni di km all’afelio.
Il piano orbitale è inclinato di circa 7° sull’eclittica e viene percorso in 88 giorni.
La massa di Mercurio è stata valutata in passato con il metodo delle perturbazioni (il pianeta non ha satelliti) ed inseguito fu corretta grazie alle misure della sonda Mariner che lo avvicinò nel 1974. Essa misura circa 3,4 x 10^{23 kg.} il raggio del pianeta è di 2439 km (Mercurio è il più piccolo pianeta del Sistema Solare); la sua densità è di 5,44 g/cm3. Questo valore, relativamente alto, indica che il nucleo è di ferro-nichel come per la Terra; conclusione che è testimoniata anche dalla presenza di un campo magnetico planetario di lieve entità, il periodo di rotazione di Mercurio è stato misurato con osservazioni radar nei primi anni ‘60 e vale 58,7 giorni circa, cioè esattamente i 2/3 del periodo di rivoluzione intorno al Sole.
L’atmosfera è molto tenue ed è costituita da elio, da gas nobili, da tracce di sodio e di altri elementi.
La temperatura massima dell’emisfero diurno è intorno ai 430 °C, mentre cala a circa -170 °C nell’emisfero non illuminato.
Il pianeta ha una superficie fortemente craterizzata: se ne deduce che nelle primissime fasi della sua storia fu sottoposto ad un bombardamento meteorico molto intenso, molto più di quello che subì la Luna. Successivamente a questo periodo un impatto con un grosso asteroide produsse la più evidente struttura superficiale, un bacino di 1300 km di diametro che è detto Planitia Caloris.

Venere - II secondo pianeta del Sistema Solare in ordine di distanza dal Sole. Percorre la sua orbita quasi circolare in 224,7 giorni, ad una distanza media dal Sole di 108 milioni di chilometri e con una inclinazione sull’eclittica di circa 3°,4.
Venere non ha satelliti: la determinazione della sua massa (4,9 x 10^{24 kg)}, è stata ottenuta da calcoli sulle perturbazioni orbitali e poi dalle deviazioni subite dalle sonde che l’hanno esplorata da vicino. Con un diametro di 12.100 km, la sua densità media è praticamente identica a quella della Terra, 5,24 g/cm3.
Il periodo di rotazione è 243 giorni, dunque è più lungo del periodo di rivoluzione; inoltre la rotazione, a differenza degli altri pianeti, è retrograda, cioè non avviene nello stesso senso della rivoluzione.
L’atmosfera venusiana è cosi densa e spessa che preclude l’osservazione ottica della superficie. Ciò che sappiamo delle strutture superficiali è stato ottenuto da misure con radar basati a terra oppure a bordo di navicelle immesse in orbita intorno al pianeta. L’atmosfera è composta principalmente da anidride carbonica; inoltre è presente il vapor d’acqua, l’ossido di carbonio, l’azoto, composti dello zolfo, i gas nobili. Si estende per almeno 500 km di altezza ed è sempre interessata da vaste formazioni nuvolose che ricoprono totalmente il pianeta.
La temperatura al suolo raggiunge i 460 °C con una pressione di 95 atmosfere. L’alta temperatura si spiega con l’effetto serra. Diverse missioni automatiche hanno avuto come obiettivo -, Navicelle sovietiche e americane in orbita intorno a Venere hanno cartografato la superficie con radar-altimetri scoprendo imponenti sistemi montuosi e ripide vallate, così come ampi crateri d’impatto accanto ad altri di probabile origine vulcanica.
Sopra il livello medio si alzano quattro regioni, che ricordano i continenti terrestri, e che sono state denominate: Isthar Terra, Aphrodite Terra, Alpha Regio e Beta Regio.

Terra - II nostro pianeta è il terzo in ordine di distanza dal Sole. Percorre la sua orbita ellittica in 365,26 giorni ad una distanza media dal Sole di 149,6 milioni di chilometri. Con un raggio equatoriale di 6378 kme una massa di 5,98 x 10^{24 kg} presenta una densità media di 5,52 g/cm3. È circondata da una atmosfera, trattenuta dalla forza di gravità terrestre, composta principalmente da azoto (78%) e di ossigeno (21%) inoltre piccole quantità di vapore acqueo, argon, anidride carbonica, neon, elio. L’ atmosfera terrestre costituzionalmente viene divisa in più strati ognuno dei quali presenta caratteristiche fisiche, chimiche e termiche diverse.
Dal basso verso l’ alto abbiamo: Troposfera (0-20 km dal suolo), Stratosfera (20-50 km dal suolo), Mesosfera (50-85 km dal suolo), Termosfera (85-500 km dal suolo), Esosfera (>500 km dal suolo). Altre zone identificabili sono la ionosfera, in cui parte dei gas estremamente rarefatti vengono ionizzati perché esposti a radiazione solare diretta, e la magnetosfera, che intrappola particelle elettriche cariche, causando il fenomeno dell’ aurora boreale. L’ interno della Terra si può suddividere in quattro parti principali: Nucleo-interno, nucleo esterno, mantello e crosta.
Il nucleo interno é costituito da una sfera semi-solida con raggio di circa 1.220 km. Si ritiene che sia composto di una lega di ferro-nichel, e che abbia una temperatura di circa 5.700 K (prossima a quella del Sole) .ma, la forte pressione, impedisce al metallo di fondere completamente.
Il nucleo esterno della Terra posto a circa 2.900 Km fino a circa 5200 km di profondità è uno strato fluido di circa 2.300 km di spessore composto prevalentemente di ferro e solfuro di ferro. Si ritiene che da questa zona, soggetta a forti correnti convettive, abbia origine il campo magnetico terrestre.
Il mantello, composto da materiale roccioso, giunge fin quasi in superficie.
Infine la crosta è lo strato superficiale spesso meno di una quarantina di km. La crosta e la parte rocciosa più esterna del mantello formano insieme la litosfera, suddi-visa in placche che “galleggiano” sul sottostante strato fluido del mantello e che danno origine a vulcani e terremoti. Nel nucleo, specie nei moti della materia fluida del nucleo esterno, si pensa risieda la causa del campo magnetico che si misura in superficie e della magnetosfera che avvolge il pianeta. Ciò che rende la Terra peculiare, oltre la presenza dell’ atmosfera, è certamente la presenza della idrosfera e cioè l' involucro acqueo formato da oceani, mari, fiumi, laghi ed acque sotterranee, che avvolge la superficie terrestre in modo incompleto e discontinuo. L’ acqua ricopre 2/3 della superficie terrestre ma la maggior parte risulta essere salata e quindi non potabile. Solo il 4% dell’ idrosfera risulta costituita da acqua dolce localizzata nei fiumi, nei laghi, nella litosfera (cioè all' interno di strati rocciosi più o meno superficiali) e parte nell’ atmosfera sottoforma di vapore acqueo.

I moti principali della Terra sono :

Rotazione - Avviene da ovest verso est, in senso antiorario (osservato dal polo nord celeste), intorno all’asse terrestre. La velocità angolare di rotazione è costante ed è 15°/ora pari a 1°/4 min. La velocità di rotazione è lineare in qualsiasi punto della superficie terrestre e varia con la latitudine e la quota (è massima all’equatore e nulla ai poli e alla stessa latitudine aumenta con la quota). All’ equatore, al livello del mare, la velocità angolare risulta di 1670 km/h mentre alla nostra latitudine è di 1180 km/h. Le conseguenze più importanti del moto di rotazione sono: l’alternarsi del giorno (periodo di luce) e della notte (periodo di buio) ; il moto diurno apparente dei corpi celesti (stelle, Sole, Luna, pianeti) intorno alla Terra ; l’esistenza della forza centrifuga e della forza di Coriolis.
Rivoluzione – E’ il moto che la Terra compie intorno al Sole, percorrendo un’orbita ellittica dove il Sole occupa uno dei due fuochi. Il punto dove la distanza, tra i due corpi celesti, è minima viene definito “perielio” mentre quello dove la distanza è massima si definisce “afelio” . Quindi la distanza Terra-Sole non è costante e varia da un minimo do 147 milioni di Km (al perielio) a un massimo di 152 milioni di Km (all’ afelio) . Anche la sua velocità angolare varia da un massimo di 30,2865 Km/h (al perielio) ad un minimo di 29,2911 Km/h (all’ afelio) . Il tempo che impiega la Terra per compiere un giro completo attorno al sole viene definito “anno sidereo o siderale” ed dura 365 g 6 h 9 min 9,5 s. 7.
Essendo l’ equatore terrestre inclinato di 23°27’ rispetto al piano dell’ orbita di rotazione della Terra attorno al Sole (piano dell’ eclittica), ne consegue che il moto di rivoluzione causa : la minore durata del giorno sidereo rispetto al giorno solare; il percorso annuo apparente del Sole sullo sfondo dello zodiaco in verso contrario rispetto alla sfera celeste; l’ alternarsi delle stagioni astronomiche; la diversa durata del giorno e della notte nel corso dell’ anno (tranne all’equatore).
Moto conico dell’asse - La Terra è soggetta a movimenti minori e lentissimi, detti moti millenari, tra i quali il più importante è il moto conico dell’asse (effetto trottola), provocato dall’attrazione combinata del Sole e della Luna sul rigonfiamento equatoriale. Ne consegue che l’asse terrestre modifica la sua direzione, pur mantenendo costante l’inclinazione rispetto al piano dell’eclittica, e descrive nello spazio un doppio cono, ritornando nella posizione originaria dopo circa 26 000 anni. La conseguenza più importante del moto conico dell’asse è il fenomeno della precessione degli equinozi, a causa del quale l’anno solare, misurato come intervallo tra due equinozi di primavera, è più breve rispetto all’anno sidereo. Il Polo Nord, in conseguenza alla precessione descrive infatti una circonferenza sulla volta celeste, venendosi a trovare, col passare dei millenni, in diverse costellazioni. Inoltre, poiché l’asse di rotazione è perpendicolare all’equatore celeste, lo spostamento di tale asse provocherà di conseguenza uno spostamento nello spazio del piano dell’equatore, che però manterrà sempre lo stesso angolo di inclinazione rispetto al piano dell’eclittica. Una conseguenza di questo moto è lo spostamento di posizione di tutte le stelle rispetto al sistema di coordinate ascenzione retta e declinazione che è riferito all' equatore e ai poli celesti
Poiché il momento angolare della precessione si somma a quello della rotazione ne deriva che il momento angolare risultante non è esattamente diretto lungo l'asse di simmetria dell'oggetto rotante. Questo provoca un'oscillazione di tale asse nella direzione trasversale al moto di precessione e, in conseguenza di questo, anche una lieve variazione periodica della velocità angolare di precessione. Questo moto è conosciuto come nutazione ed è proporzionale al rapporto tra la velocità angolare di precessione e quella di rotazione.

Marte - È il quarto pianeta del nostro sistema planetario in ordine di distanza dal Sole. La sua orbita è inclinata di poco meno di 2° sull’eclittica ed è abbastanza eccentrica, cosi che la sua distanza dal Sole varia da 206 a 250 milioni di km; - la percorre in 687 giorni.
Il pianeta ruota su se stesso intorno ad un asse inclinato di circa 24° rispetto alla perpendicolare all’eclittica in 24 ore e 37 minuti.
Il raggio equatoriale, di 3400 km, è poco più della metà di quello terrestre. La massa è di 6,4 x 10^{23 kg}, cosicché la densità media è di 3,95 g/cm3.
L’atmosfera marziana è molto tenue e si estende per 200-250 km sopra la superficie: è costituita prevalentemente di anidride carbonica (circa il 95%); inoltre, azoto, argo, ossigeno, vapor d’acqua. Alla superficie la pressione è di 6-8 millibar.
La temperatura diurna è di una decina di gradi centigradi sopra lo zero; nell’emisfero non illuminato scende fin verso i -70 °C. Fin dagli anni Settanta il pianeta è stato esplorato da molte sonde automatiche sia americane che sovietiche, che hanno registrato la presenza di fenomeni atmosferici stagionali come venti e tempeste di sabbia.
Le strutture più imponenti della superficie, osservabili anche da Terra, sono le calotte polari, la cui estensione cambia con il ciclo stagionale, il Monte Olympus, un vulcano alto una trentina di km con il cratere di 25 km e un diametro di oltre 500 km alla base, le aree scure della Syrtis Major, del Mare Erytraeum, del Mare Cimmerium, ecc.
All’osservazione telescopica il pianeta parve ad alcuni astronomi dell’Ottocento solcato da canali che furono ritenuti d’origine artificiale, cioè costruiti da esseri intelligenti. Si tratta però solo di illusioni ottiche; le analisi chi-miche compiute dalle sonde non hanno rivelato la presenza di alcuna forma di vita animale o vegetale. Gli unici “canali” scoperti sono sistemi di vallate naturali che sembrerebbero essere state tracciate dall’erosione di corsi d’acqua. Poiché oggi di acqua su Marte non si è rivelata traccia, pur non potendosi escludere che si trovi nel sottosuolo o in forma ghiacciata nelle calotte polari, ci si chiede se nel lontano passato possa essere stata presente allo stato liquido e dove sia finita.
L’assenza di un sensibile campo magnetico (se c’è ha un’intensità minore di 1000 volte di quello terrestre) fa pensare che manchi su Marte un nucleo metallico fluido come sul nostro pianeta.
Marte ha due piccoli satelliti, Phobos e Deimos. Si ritiene siano corpo asteroidali catturati gravitazionalmente dal pianeta.

Giove - E il pianeta gigante del nostro Sistema Solare e il quinto in ordine di distanza dal Sole. Percorre la sua orbita in 11,9 anni ad una distanza media di 778 milioni di km.
Ruota su se stesso in meno di 10 ore: da qui lo spiccato schiacciamento polare che fa sì che il diametro equatoriale sia di 142.800 km e quello polare di 135.500 km.
La massa di Giove, ricavata dal moto orbitale dei suoi satelliti, è di 1,9 x 10^{27 kg}, 318 volte maggiore di quella della Terra, ma ancora 1000 volte minore di quella del Sole.
L’elevato valore della massa giustifica il fatto che il pianeta emetta, soprattutto nell’infrarosso, una quantità d’energia ben maggiore di quella che riceve dal Sole. L’emissione sarebbe dovuta al rilascio dell’enorme energia gravitazionale liberata nel lontano passato dal pianeta, all’epoca della sua formazione.
La densità media di Giove è di 1,3 g/cm3 ; questo solo dato basta ad indicare che la composizione è diversa da quella dei pianeti terrestri.
Su Giove prevalgono gli elementi volatili leggeri, e le abbondanze sono simili a quelle che si misurano sul Sole. Domina nettamente l’idrogeno, seguito dall’elio; inoltre vi si trovano: ammoniaca, metano, vapor d’acqua, nonché altri composti del carbonio, dello zolfo e del fosforo.
All’osservazione telescopica l’atmosfera gioviana si mostra solcata da fasce scure e da zone chiare che si alternano sviluppandosi parallelamente all’equatore. Nell’emisfero meridionale questa struttura fortemente simmetrica è interrotta da una macchia ovale di colore scuro, conosciuta come Grande Macchia Rossa: è una sorta di ciclone che interessa un’area ellittica con asse maggiore di 40 mila km e che si osserva da più di tre secoli.
L’interno di Giove è costituito probabilmente da un nucleo solido di rocce e metalli circondato da idrogeno liquido fino alla base dell’atmosfera.
È nel nucleo, o forse nell’idrogeno liquido, l’origine del forte campo magnetico che all’altezza delle nubi è più intenso di quello terrestre di un ordine di grandezza.
È circondato da un esile anello che presenta un massimo della densità delle particelle che lo costituiscono a circa 57 mila km sopra le nubi e sfuma sia verso l’interno che verso l’esterno divenendo sempre più tenue.
Giove è accompagnato da 79 satelliti di dimensioni e caratteristiche assai diverse. I quattro maggiori furono scoperti da Galileo nel 1610 e sono detti satelliti Galileiani o Medicei. Sono Io, Europa, Ganimede e Callisto (v. le rispettive voci).

Saturno - II sesto pianeta in ordine di distanza dal Sole è un gigante con un raggio equatoriale di 60 mila chilometri. La sua rotazione è molto veloce (il periodo è di circa 10,5 ore e varia con la latitudine), cosicché il pianeta è fortemente schiacciato sull’equatore: il raggio polare è più piccolo di 550 km di quello equatoriale.
Osservato al telescopio mostra la sua caratteristica più cospicua: un anello che si estende fino a circa 150 mila km dal centro del pianeta. Questa struttura fu scoperta inizialmente da Galileo nel 1610 ma fu riconosciuta come tale solo nel 1655 da C. Huygens. Successive osservazioni telescopiche hanno consentito di rivelare delle strutture interne, cosicché l’anello saturniano fu suddiviso in tre grandi regioni concentriche, denominate, andando dall’esterno all’interno, anello A, B e C. In seguito furono individuati altri due anelli più esterni (F e G), uno più interno (D) e tutta una serie di “divisioni” e “lacune” che fan da confine tra un anello e l’altro: la più famosa e facilmente riconoscibile è la Divisione di Cassini che separa l’anello A dal B. Tutte queste suddivisioni non hanno più molto senso dopo i risultati ricavati dall’esplorazione del piante; le missioni spaziali hanno infatti messo in luce che il disco è suddiviso in migliaia di sottili anellini che ricordano le tracce di un microsolco.
Saturno orbita ad una distanza media dal Sole di 1,427 miliardi di chilometri. Il periodo di rivoluzione è di 29,46 anni e l’orbita è inclinata di 2,49 gradi sul piano dell’eclittica.
La sua massa è di 5,69 x 10^{26 kg}, 95 volte maggiore di quella della Terra; la densità è la più bassa dell’intero Sistema Solare ed è pari a 0,7 g/cm3.
L’atmosfera saturniana si presenta segnata da bande chiare e scure che si sviluppano parallelamente all’equatore; tuttavia queste strutture appaiono meno marcate che su Giove sia perché le nubi si producono più in profondità nell’atmosfera, sia perché il pianeta è velato da un tenue strato di nebbie.
Analogamente a Giove, Saturno dispone di una fonte interna di calore che gli fa dissipare una volta e mezza l’energia che riceve dal Sole.
L’atmosfera è costituita prevalentemente da idrogeno molecolare e da metano, con deboli tracce di ammoniaca. Nell’interno i costituenti più abbondanti sono l’idrogeno e l’elio.
Saturno possiede 62 satelliti , il maggiore dei quali, Titano, riveste particolare interesse perché possiede una densa atmosfera.

Urano - È il settimo pianeta in ordine di distanza dal Sole ed il primo ad essere stato scoperto in tempi storici (W. Herschel 1781). La grande distanza dalla Terra ha fatto si che il suo disco non rivelasse alcun particolare nelle osservazioni telescopiche, fino all’esplorazione ravvicinata della sonda Voyager 2 avvenuta il 24 gennaio 1986.
La caratteristica più spiccata del pianeta è quella di avere l’asse di rotazione quasi adagiato sul piano dell’eclittica, cosicché Urano rivolge alternativamente i poli nord e sud al Sole nel corso di un periodo di rivoluzione che dura 84 anni.
La distanza media dal Sole è di 2,87 miliardi di km; la massa è di 8,7 x 10^{25 kg}, pari a 14,5 volte la massa terrestre; la densità media è di 1,21 g/cm3.
Il pianeta è infatti avvolto da un denso strato di nebbie di metano che impediscono la visione delle strutture più profonde. Solo quattro nubi biancastre sono state scorte ruotare nel corso delle missioni Voyager e dal loro moto si è ricavato il periodo di rotazione del pianeta su se stesso, pari a 17 ore e 6 minuti. Per il resto sembra di scorgere una serie di tenui bande equatoriali come quelle di Giove e Saturno.
Sempre il Voyager 2 ha scoperto l’esistenza di uno strano campo magnetico, il cui asse è fortemente inclinato (55 gradi) rispetto all’asse di rotazione. L’anomala inclinazione degli assi magnetico e di rotazione viene interpretata da alcuni come l’effetto di un urto con un corpo massiccio avvenuto poco dopo la formazione del pianeta.
Pianeta gigante, con un raggio equatoriale di circa 26 mila km, contrariamente agli altri non dispone di un’apprezzabile fonte interna di calore.
I costituenti fondamentali della sua atmosfera sono l’idrogeno, l’elio (la cui abbondanza è paragonabile a quella solare), il metano.
Nel 1977, nel corso di un’occultazione stellare, si scoprì un sistema di nove anelli molto sottili e ben distanziati l’uno dall’altro. Accanto ai cinque satelliti già osservati telescopicamente ne sono stati scoperti, nel corso delle missioni spaziali, numerosi altri di piccole dimensioni. L’HST ha fornito, con le sue immagini, ulteriori dettagli sulla superficie del pianeta.

Nettuno - Ottavo pianeta in ordine di distanza dal Sole, percorre la sua orbita in 164,8 anni. La distanza media dal Sole è di circa 4,5 miliardi di km. Nettuno fu scoperto nel 1846 da J. Galle sulla base delle previsioni di U. Leverrier ottenute analizzando le perturbazioni orbitali subite da Urano.
Dalle osservazioni telescopiche pare che - sia molto simile ad Urano; l’atmosfera risulta composta da idrogeno, elio e metano. Anche le dimensioni e la massa sono simili.
Il raggio equatoriale è di 27.750 km e la massa è di 1,0 x 10^{26 kg} pari a 17 volte quella terrestre. La densità è di 1,7 g/cm3, ciò che fa pensare ad un nucleo roccioso di circa 8000 km di raggio, di poco maggiore di quello del pianeta-gemello Urano.
Il periodo di rotazione viene stimato intorno alle 16 ore, ma recenti misure indicano che potrebbe essere maggiore.
Nettuno irraggia nello spazio più energia di quanta ne riceva dal Sole; ciò significa che è all’opera una fonte interna di calore che potrebbe essere d’origine gravitazionale, ma anche il risultato delle interazioni marcali con il satellite Tritone.
Nel 1985, nel corso di un’occultazione stellare, si è scoperto intorno a Nettuno un anello incompleto, caso unico in tutto il Sistema Solare. Invece sembra di poter escludere dai dati raccolti finora che -possieda un sistema di anelli del tipo di quelli di Saturno o di Urano. Accanto ai satelliti scoperti telescopicamente in passato (Tritone e Nereide) nel sono stati scoperti molti altri con le missioni spaziali.
Nel 1989 la sonda la Voyager 2 si avvicinò al pianeta permettendo così di individuarne le principali formazioni atmosferiche, alcuni anelli e numerosi satelliti. Successivamente, la sonda, sorvolò il polo nord di Nettuno ad una quota di 4.950 km per dirigersi poi verso Tritone (il satellite maggiore) che sorvolò ad una distanza di circa 40.000 chilometri.