1988年苏联发射了研究火星卫星火卫一的太空船，但是两艘太空船都未能如期到达火星。美国发射的火星观测者号，也遭受同样命运，它本来计划在1993年到达。然而，自那以后的好几次太空飞行都非常成功：火星寰球勘测器在1996年发射，1997年抵达火星，直到2003年都还进展顺利，发回了数万张火星地形的精彩照片，这是20年来有关火星的第一次成功完成的太空任务。火星探路者号也是在1996年发射的，按设计它在1997年7月4日降落到火星表面。火星探路者号登陆后，太空舱打开，放下世界上最远距离的遥控车。这部机器人漫游车叫做旅居者，它并不比微波炉大，沿着火星那崎岖不平的地表一路滚动，一边勘查和取样，全世界都通过电视和互联网进行实时观看。这是一次巨大的成功。
另一艘轨道飞行器“2001火星奥德赛号”在2001年发射，它在轨道上飞行，同时继续收集数据以帮助鉴定火星土壤的成分。在经过两次失败的飞行后，美国宇航局设计了两台坚固的机器人漫游车（“精神”与“机会”）到火星漫游。两台漫游车在2004年安全到达火星，开始探测岩石和地表，它们在这里发现了曾经存在水的重要证据。欧洲航天局在2003年也发射了太空飞船“火星快车”，2004年初到达。登陆器的组成部分“小猎犬2号”被设计成专门用于搜寻火星上的生命，但遗憾的是，它在火星地表上失踪了。
关于火星还有许多问题无法回答。如果火星真的曾经有过稠密的大气，允许水以液体状态存在于它的表面，那么，这些水都到哪里去了？为什么都不见了？会不会有一些水被锁定在火星地表下的冰冻层？有多少水永久地冻结在火星北极而被保存下来了？我们确切地知道，在那里还有一些水存在。行星学家根据最新的报告判断，在火星上至少有三个区域有冰水存在：南半球火星土壤下、北冠的表面和南冠边缘附近的表面。这一冰冠的其余部分大多是“干冰”，即冷冻的二氧化碳。科学家继续猜测，这三个地区“正好是露出地面的火星冰山顶”，这是美国地质调查局的提图斯（Timothy Titus）说的。
也许火星上曾经有过快速流动的水，水流冲开了巨大的火星运河。有些科学家，包括行星地质学家卡尔（Michael Carr）和美国宇航局阿梅斯研究中心的外空生物学家麦克凯（Chris McKay）认为，火星“也许有过”更宜人的过去，那时曾经存在过非常奇异的简单生命形式，也许有朝一日我们会发现那个时期的某些蛛丝马迹或化石证据。正如优秀科学家所做的那样，机器人探测器——海盗号、它们的先行者和它们的后继者——已经回答了许多问题，但是也提出了更多的问题。
小行星
在太阳系里的各种轨道中，有一群奇形怪状的巨大岩石穿过空间，它们中的大多数都在所谓小行星带的区域内围绕着太阳旋转，这个小行星带处于火星与木星的轨道间。你可以把它们看成是太阳系形成时留下的“剩余物”；小行星是组成行星的原料，是太阳系的结构单元。行星学家认为，几十亿年前，正是这样一些小行星结合形成了行星。在小行星的成分中，无疑会保留大量45亿年前的秘密，如果我们能够接近它们，就有可能发现大量原始信息。
不过，有一些小行星结集在小行星带之外，还有大约1％的已知小行星，它们的轨道竟跨越一个或更多的行星轨道。例如，其中有两个叫做阿波罗和阿托恩的小行星群轨道与地球交叉。近年建立了相当可靠的证据，支持了一种设想，认为平均在每5000万年到1亿年中，会有一次地球与交叉小行星（其跨度约为6到10英里）的大碰撞事件。最近的一次小行星撞击事件，也许是恐龙遭到突然灭绝的原因，恐龙统治了地球长达1亿4000万年，只是在6500万年前才突然灭绝（见本编第五章）。在假定近年来有关这一情景所发现的证据可信的前提下，许多科学家小组认真开展了小行星的监视活动，寻找尚未发现的与地球交叉的小行星。彗星也可能与行星相撞，其中产生巨大效应的一次是1994年7月苏梅克一列维9号彗星与木星的相撞（见下节）。
也许有多至10万颗小行星，其亮度足以最终被望远镜或太空船发现，但是现在只有几千颗得到正式承认。现在知道在这里面最大的一颗叫做谷神星，其直径大约为633英里，最小的也许直径小于1英里。1991年太空飞船伽利略号飞向木星及其卫星系统，途中访问了小行星伽斯普拉，发回了第一张小行星的特写照片，测得它的长度大约10英里，宽度大约七八英里。伽利略号还访问了243艾达，发现它竟有一个自已的卫星。从那时起对其他小行星和彗星也进行了多次访问。
根据最新的理论，大多数小行星也许是在原行星木星（在它形成的初期）的引力下形成的。木星的引力作用避免了小行星在附近组成另一颗大型行星，并且把大多数碎块留在现在的轨道上，把剩下的赶出太阳系，或者进入现在与行星交叉的路径。
巨大的木星
太阳系最大的行星木星甚得行星科学家的关注，因为它是如此之大，它的动力学是如此之像太阳，以至于它本身就形成了一个小小的“太阳系”，有至少28颗卫星围绕着它旋转。从火星越过小行星带后，木星是第一个也是最大的一个气态巨型行星。实际上，它是如此之巨大，以至于若除去太阳本身的质量，它竟承担了太阳系71％的质量。
在20世纪四五十年代间，天文学家基于地面观测所得到的证据，开始对这一巨型天体形成现代看法。天文学家外尔德（Rupert Wildt，1905—1976）在认识木星的结构、动力学和起源方面走在前列。在前太空时期，最引人注目的事实看来就是这一巨型行星更像是太阳，而不像地球。太阳系的内行星（那些在小行星带之内，靠近太阳的行星）都是固态小天体。如果有卫星的话，也只有少数几个，而远离太阳的行星则大部分是由不同的材料组合而成。除了所知甚少的冥王星之外，其他行星都是气态巨星，主要由最简单的元素氢和氦组成。这些外层行星大多还有数量庞大的卫星系统。近来的探测表明，所有这四个气态巨星——土星、木星、天王星和海王星——在其周边都有围绕着行星旋转的光环系统。考虑到内外行星之问具有这些重大差别，现代科学家开始理解为什么木星作为一个行星，它的历史与地球如此大相径庭。
自从大约45亿年前与太阳系同步形成以来，诞生于星云物质的木星和其他原型行星增长得非常快，其强大引力有利于它们抓住原始物质。因此，“构成”木星的化学元素在特性上“和太阳相似”，并且保持至今。尽管地球和内行星都是由同样的星云物质产生，但它们却不能有效地抓住像氢和氦这样的轻气体。于是两类行星经历了非常相异的演化过程。
但是，如果木星在成分上与太阳或其他恒星非常相似，为什么它不继续演化以至于变成一颗恒星呢？
回答又一次涉及木星的大小。尽管它已经大到足以保留它的类恒星组成和它的卫星家族，却没有大到足以在其内部深处开始核反应，从而触发星体爆炸。然而，木星释放的能量的确比从太阳接收的能量要多（不像固态行星）——这主要是由于行星形成过程中，剩余能量产生大量的热加上引力收缩以及其他过程造成的。
第一艘到达木星的星际太空船是先驱者10号，于1972年发射，1983年6月13日圆满完成飞行任务，成为第一个留在太阳系的人造天体。它和它的孪生兄弟先驱者11号，送回了当时最好的数据和照片。后来在1977年，美国发射了两艘旅行者号太空船，以精彩的特写镜头拍摄了外层行星的卫星系统、光环和这些行星本身，这些图片改变了我们对四大气态巨星的认识。旅行者1号在1979年飞越木星，1980年飞越土星，使我们得以近距离窥视木星和土星。旅行者2号停靠了更多的站，1979年飞越木星，1981年飞越土星，1986年飞越天王星，以及1989年飞越海王星。到了2003年，旅行者1号已经越过了太阳系最远的边界，超过了太阳风（也叫做日光层）的外缘。
先驱者和旅行者的太空飞行第一次让科学家对木星的大红斑作了详细观察，有机会观察到那里发生的强烈大气运动。令人惊讶的是，他们发现木星也有一个光环系统，只是比土星光环薄得多，只有大约0．6英里厚，而且是由两部分组成的，一部分约为500英里宽，另一部分则为3 200英里宽。
先驱者和旅行者太空船最惊人的发现之一是木星的伽利略卫星存在各种不同的环境。所谓伽利略卫星指的是伽利略在17世纪发现木星有四个大的内卫星，于是美国宇航局计划了一次特殊的太空飞行——伽利略号太空船，1996年6月抵达大卫星木卫三。这是美国宇航局最成功的太空飞行之一。它在7年里多次近距离掠过木星、木卫一、木卫二、木卫三和木卫四，发现木卫一有强烈而且频繁变动的火山活动，木卫二和木卫三在冰面下有可能存在着液体海洋。特别是木卫二的冰面上显示有绳索状的印记，似乎是冰面重新冻结后形成的裂缝，泥泞的液体在此喷涌而出。有些科学家认为，在木卫二海洋的极端条件中，生物，可能是微生物，有可能生存，特别是如果它被木星和木卫二之间的潮力温暖的话。在地球的极端环境下，例如深海的火山口或者极地冰冠下，也发现过生命的例子。这些例子使得生物学家和地外生物学家修正原先关于生命生存条件的观念。
木卫三是木星系统中最亮的卫星，它也许是由岩石和冰组成的，很可能还有液体海洋。它的表面到处都是黑暗的多坑地带和新近形成的许多平行的山和谷。奇怪的是，木卫四却不存在地质活动史的线索，它的冰状厚地壳（也许厚达150英里）是太阳系中最厚实的地壳。为什么会有这么大的差别呢？
在经历多次的延期之后，伽利略号于2003年冲入木星气状地壳，从而结束其探索使命，就在这一过程中它还在报告它的发现。它的任务完成得非常成功——尽管主天线由于被卡住而在全程中都没有用上。
碰撞过程
就在1993年苏梅克（Eugene Shoemaker，1928—1997）、他的妻子凯洛琳以及另一位天文学家列维（David Levy，1948—）发现了一颗彗星后，天文学家意识到，它已经分裂并会径直冲向木星。这是一个好机会！天文学界开始全力以赴。山顶上的望远镜做好监视准备。伽利略号正在飞向木星的途中，虽然距离甚远，但也被临时征用。还用上了哈勃空间望远镜。1994年7月的一段日子里，彗星的碎片就像一列货车，以大于130 000英里每小时的速度猛烈撞击木星。科学家研究了碰撞的效应——木星的同温层里发生的大爆炸、极度的湍流，以及在碰撞后长期存在的黑斑。以前从未见过类似情景。这一事件提醒我们，在太阳系的早期时代，这类剧烈碰撞事件曾是家常便饭。
土星及其固态光环
夜空中的土星及其光环呈现出的宛如宝石般的明亮令人难以忘怀。伽利略第一个看到这一奇异的突出，后来证明是土星的光环，他苦苦思考它们究竟是什么。1612年，他写信给朋友说：“我的理解力不够，再加上害怕出错，使我对此倍感困惑。”实际上直到先驱者11号和两艘旅行者太空船送回特写图片，即使最强大的天文望远镜也无法为我们解开其错综复杂的结构。
我们在1979年从先驱者号知道，土星非常之冷，冷到—279下，在光环处甚至冷到—328°F，这一现象支持土星光环基本上是由冰组成的理论。先驱者号从土星及其最大的卫星土卫六拍摄的照片虽然比较模糊，但是它们为后来的从旅行者1号和旅行者2号拍摄更新鲜、更贴近的图像做好了准备。
透过遥远的旅行者号眼睛，科学家看到的是一个色彩平淡的行星，与木星相比差远了。土星更为寒冷，这与其不同的内在机制和不同的化学反应有关。两艘旅行者号还让科学家第一次近距离看到土星的大气带和其中的湍流。它们测量到的土星上的风速达到1118英里每小时，比木星上发现的风速快四倍。再有，旅行者号证实，土星这颗巨大的多环行星产生的能量比它从太阳接收的能量多出差不多两倍，相当于1亿个大型发电站。
再有，土星光环隐藏着大量让人吃惊的事情。这些由旋转着的固态冰状物质组成的区域原来比先前想象的还要复杂。那里并不只是天文学家从地球看到的三个环，而是一个复杂且经常变化的系统，这个系统是由成千上万相互作用的小环组成的。光环系统的直径约为249 000英里，由数以百万计的冰和雪的微小粒子组成。当领头卫星靠近光环时还使得光环结构产生扭曲现象，甚至绞成“麻花”状，尘埃那辐射状的排列看上去就像是从行星发出穿过光环的轮辐。
在土星九个已知的卫星中，最有意思的是土卫六，已经知道它是“大气型”的，因为从地球上观测，这一冰状世界具有一个由甲烷组成的大气，也许还可能存在碳氢化合物。土卫六比水星还要大，看来像是有可能曾在遥远的过去孕育过某种生命形式的样子。旅行者号发回的信息更为有趣：土卫六的大气比地球稠密一倍半，大多数是氮，只有一小部分甲烷。在旅行者号之前，人们认为地球是太阳系中唯一的情况，它的大气主要由氮组成。但实际上，土卫六的氮是地球的十倍。遗憾的是，稠密大气里的化学反应往往会产生一种类似于浓雾的状态，使土卫六表面无法被旅行者号的照相机看见，因此这颗卫星至今还有很多未知之谜。
在土卫六表面的“雾”里，以及“雾”的下面情况如何呢？由于氮一般是一种清澈的气体，大气大多由氮组成，那么，是什么构成“雾”的呢？当然，写科幻作品可以不管这些，但是科学家必须严肃地思考，烟雾会不会是某种有机雾气，其中是否也在发生几十亿年前的地球大气中曾发生过的类似化学反应。这些问题激起了如此巨大的兴趣，以至于好几个国家的太空计划，其中包括欧洲宇航局和美国宇航局，合作进行一项太空飞行任务，名字叫卡西尼／惠更斯，1997年发射升空，2004年到达土星。到达以后，惠更斯探测器将穿过土卫六的大气层，试图回答某些问题。与此同时，卡西尼探测器围绕土星旋转，详细研究这颗行星、它的光环和卫星（卫星的数目至少有31个）。
神秘的天王星