火星按距太阳的次序位列第四，它也是距离地球最近的一颗外行星。
外行星的视运动同金星、火星两颗内行星差异很大。内行星与太阳的角距不能超过某一固定值，如水星是28°，金星是48°，但是外行星与太阳的角距却无限制，最大时可达180°，这时称为外行星的冲日，冲日时外行星与地球最近，是进行观测和研究的大好时机。
火星用肉眼看去是一颗引人注目的红色星球，它同地球的距离在不同时间差别很大，因此我们看到火星的亮度变化也很大，最暗时仅为+1.5等，但在火星大冲时，亮度可达—2.9等，成为全天仅次于金星的明星。
火星离太阳平均为1.524天文单位的距离，公转轨道偏心率为0.093，是一颗轨道较扁的大行星。当年，开普勒就是通过对火星视运动的研究，得出行星的轨道是椭圆这一结论的。火星的公转周期是687天，在轨道上的运行速度是24千米/秒；它的自转周期是24小时37分，和地球非常接近；自转轴倾角为23°59′，比地球只大32′。另外，它的外层还有一层薄薄的大气，因此火星不仅有明显的季节之分，还可以和地球一样，把表面分成五带（即热带，南、北温带和南、北寒带）。火星的赤道半径为3395千米，约相当于地球的一半，体积为地球的15%，质量为地球的11%。目前，已发现火星有两颗天然卫星——火卫1和火卫2。
用望远镜观测火星大冲，容易看到火星的两极被一层白皑皑的物质覆盖着，就像给火星戴上了一顶帽子，这称为火星的极冠。极冠的范围会随火星上季节的改变而变化。北半球的夏天，北极冠缩小，而南极冠变大；同样，南半球的夏天，南极冠缩小，北极冠变大。现在已经知道，火星的极冠是由冰和固态的二氧化碳（干冰）组成的。极冠的温度在—70℃~—139℃之间，极冠大小的变化主要是由于二氧化碳随温度的变化不断凝结和汽化造成的。
火星也存在大气。不过由于火星的质量小，无法束缚住过多的气体分子，所以，火星大气要比地球大气稀薄得多。它表面的大气密度仅与地球上30~40千米的高空相当。火星大气的主要成分是二氧化碳，占95%，其次是氮，占3%，其他成分含量较少。
由于火星距离太阳比地球远，所以火星上的温度比地球要低得多。在赤道上，中午气温也只能升到10℃左右，晚上又降到—50℃以下；在两极，夏季气温只有—70℃，冬天可下降到—110℃以下。根据探测器发回的照片，火星表面大致被一个倾斜于赤道30°的大圆分成了外观截然不同的两个半球。南半球崎岖不平而且密布着环形山，某些地区环形山的密度可和月球相比，其中最大的环形山直径达到了1000多千米。北半球比较平整，只是稀稀疏疏的点缀着一些环形山和死火山。火星的表面还有一些大的峡谷，其中最大的是“水手谷”，长4000多千米，宽200千米，深约6~7千米，比地球上最大的峡谷还要壮观得多。
火星的颜色
在地球上观测火星是并不是很困难的，虽然每年都有大半年的时间火星是远离太阳的。用肉眼看去，火星荧荧如火，发出暗红色的光芒。它的位置、亮度也经常有很大的变化，使人感到难以琢磨。在欧洲，人们认为火星那暗红的色调象征着铁和血，因此，把罗马神话中战神马尔斯的名字赋与了火星。
为什么火星会呈现红色呢？这是与火星表面丰富的铁元素分不开的。火星表面大部分区域不仅被红色的硅酸盐和赤铁矿组成的沙漠覆盖着，而且土壤中还包含着铁的各种化合物。由于长期的氧化和太阳紫外线的照射，便形成了一层红色的铁氧化物，这样它反射出来的太阳光也就变成红色的了。因此可以说，火星表面是一个“长满了铁锈”的世界。
火星上的运河
1877年，意大利天文学家乔·斯基帕雷利观测了火星大冲。他采用一架当时十分优异的望远镜极为耐心地测量了火星后，绘制了一份火星图。
在他绘制的火星图上，火星表面有着大片大片的暗区，中间被一些又细又长的黑线连了起来，斯基帕雷利用意大利语给这些黑线起名叫Canali，即“水道”。
这幅火星图上总共有大约40条这样的“水道”。稍后，“水道”一词在译成英语时被误译为Canals，即“运河”。“火星上有运河”，这一消息不胫而走，很快就在公众中成了“爆炸新闻”，轰动了世界。后来，又有人进一步指出，火星上明亮的区域是干燥的沙漠，而黑暗的部分是大片的植被，“运河”是智慧的“火星人”开凿的。他们通过“运河”引来水流维持着自己种族的生存，甚至还有人在“运河”的交汇处看到了一个个的小圆斑，认为这是沙漠中的绿洲。一时间，“火星人”成了全球性的热门话题。就在斯基帕雷利发现火星“运河”的同年8月，美国天文学家霍耳发现了火星的两颗卫星，它的体积都很小，而且轨道都离火星表面很近。因此，就又有人宣布说，这是火星人发射的“人造卫星”。以讹传讹，这样使得存在“火星人”的说法更加神乎其神了。20世纪初期，“火星人”已经风靡全球、深入人心了。
其实，火星“运河”在被发现时，就有许多冷静的科学家对此表示怀疑。他们的理由是，由于火星的质量稍小，难以束缚住足以孕育和保护生命的大气。而且火星离太阳比地球远50%，表面温度一定很低，所以存在高级生命的可能性是非常小的。但是，由于缺乏直接的证据，他们很难彻底战胜“运河”说。到了20世纪60年代，空间科学的发展帮助人们解开了火星“运河”之谜。根据飞到火星身边的探测器发回的照片，人们知道了所谓的火星“运河”是根本不存在的，那不过是人类出于美好的愿望而引起的错觉和幻想。斯基帕雷利等人所看到的，不过是一些偶然排成一线的大大小小的环形山罢了。
之后，科学家在分析“海盗1号”和“海盗2号”探测器1976年拍摄的火星高清晰度照片时，发现了火星上存在着数千条干涸的“河床”。它们确实有明显的被液体冲刷过的痕迹。不过这些河床痕迹都很细，在地面上用再好的望远镜也不可能看到。关于这些河床的成因，至今还在探索之中。
火星的卫星
火星的两颗天然卫星与火星形影不离的卫星，取名为福波斯（火卫一）和德莫斯（火卫二），在古希腊诗人荷马的史诗中，福波斯和德莫斯都是战神之子，战神就是火星。
火星的两个“儿子”有很多相同之处，它们都很小，而且形状都很不规则，表面上还有大大小小的洞穴，就像两个被虫蛀鼠咬过的土豆。有人猜测，它们可能是被火星俘获的小行星。
火卫一的体积只有月亮的三百八十万分之一，火卫二更小，只有月亮的二千万分之一；质量分别是月亮的六百四十万分之一和六千七百万分之一。由于质量这样小，它们上面的重力也就微乎其微了，一个在地球上重70千克的人，到了火卫一上体重只有44克，在火卫二上，体重只有25克。它们上面的逃逸速度也很低，人只要轻轻一跳，就可能再也不会落到它们上边了。
木星的特征
美国宇航局曾向木星发射了5个探测器。其中4个经过千山万水，越过火星轨道和小行星带，然后与木星擦身而过，利用接近木星的机会，为我们发回了大量宝贵的资料。这4个探测器是“先驱者10号”、“先驱者11号”及“旅行者1号”和“旅行者2号”。
现在，先来了解一下两艘“先驱者”。“先驱者10号”发射于1972年3月2日，次年12月3日与木星会合，沿着木星赤道作了探测。“先驱者11号”于1973年4月6日发射，次年12月5日到达木星附近，在4.2万千米处从木星的北极上空掠过。这两艘探测器共发回了300多张彩色照片，并按计划做了一系列的测量和试验。
“先驱者”探测发现木星的磁场十分强大，强度达3~14高斯，约是地球的10倍。木星的磁极指向与地球相反，如果将地球上的指南针搬到木星上，它就变成“指北针”了。木星的磁场与太阳风相互影响，形成了木星的磁层。
木星的磁层比地球的厚100倍，而且十分“松软”，它的大小随太阳风的强弱频繁地变化着。木星的磁层转动也很迅速，巨大的离心力将磁层中的带电粒子约束在木星磁赤道附近薄薄的一片区域上，这一薄片称为电流片。
“先驱者”还探测了木星上的大气，探测得知木星的大气主要由氢和氦组成，它们分别占82%和17%，其他较重的元素约占1%，主要存在于木星云中。木星大气中有许多条纹，它们是木星大气环流被高速自转拉长形成的，其中亮带是高压区，而暗纹则是低压区。“先驱者”对大红斑的观测证实了它实际上是一个大气旋，在沿逆时针方向转动。同时，“先驱者”还观测到木星上的若干小红斑，它们的尺度只相当于一个地球的大小，寿命比大红斑短得多，一般只能维持1~2年。
根据“先驱者”对木星引力场的考察，科学家建立了新的木星结构模型。
在约1000千米厚的大气下面，有一片蒸腾着的液态分子氢的海洋，液氢海洋的深度为25000千米。它的下面是一层能够像金属一样导电的金属氢，再下面可能是一个不太大的固体核。
“先驱者”之后，美国于1977年8月20日和9月5日，又分别发射了两艘“旅行者”探测器，由于它们的设备更加精良，有许多激动人心的发现。
在“旅行者”抵达木星之前，人们只了解土星和天王星有光环（海王星环的发现是1989年），而从“旅行者”发回的木星照片上，人们惊奇地发现原来木星也有光环，只是比起土星光环来，要逊色得多。木星环的宽度约6500千米，厚度不足30千米，其外边缘到木星中心约129000千米，木星环主要由一些细小的尘粒组成。这些尘粒可能来自木星的卫星——木卫一。
在木星的极区，“旅行者”探测到一条长3万千米的极光，并探测到了强大的极光辐射。这是人类第一次在地球外发现了极光，极光的存在意味着木星也像地球一样，正遭受到许多高能粒子的轰击。“旅行者”还发回了许多木星大气和大红斑的清晰照片，照片显示出木星大气具有非常复杂的结构，但是对于大红斑的成因，仍没有找出合理的解释。
这四个探测器在考察木星的同时，还对木星的卫星进行了一系列的“侦察”，也获得了许多前所未有的重要情报。
木星的卫星
用一架小望远镜观察木星，就看到木星上面的条条云带，还能看到木星被四颗小星簇拥着，它们在木星两侧一字排开，并且不断地变换着位置，它们就是木星的四颗最大的卫星。木星的周围还有众多较小的卫星，现在发现的木星卫星的总数已达18个，其中16个的数据较为准确，它们除了有自己的大名外，一般都用“木卫”后面再加上一个编号来称呼它们，比如四颗“伽利略卫星”就分别称为“木卫一”、“木卫二”、“木卫三”
和“木卫四”。
根据到木星的距离，木星的卫星可以划为3群。首先是最靠近木星的一群，由4颗“伽利略卫星”以及木卫五、木卫十四、木卫十五、木卫十六组成。它们在木星的赤道面上沿着近似圆形的轨道绕木星运动着，都是规则卫星。除这一群外，剩下的木卫都是不规则卫星。离木星稍远的一群由木卫六、木卫七、木卫十和木卫十三组成。这一群的特点是卫星轨道面与木星赤道面的交角较大，为24°~29°，卫星顺行，轨道偏心率也较大，在0.13~0.21之间。最后是离木星最远的一群，由木卫八、木卫九、木卫十一和木卫十二组成。它们的轨道都很扁，而且都是逆行卫星，所以有人认为它们是被木星俘获的小行星。
空间探测器在探测木星的过程中，也对木星的一些卫星进行了观测，并得到了许多重要的资料。这里仅介绍几例。
人类第一次见到了地球以外的火山喷发是在木卫一上。它上面的火山活动非常激烈，爆发时喷出熔岩和气体的速度超过400米/秒，喷射高度达450千米。此外，木卫一也和火星一样有极冠，不过它的极冠不是白色而是红色的。
木卫二看起来很明亮，表面被冰覆盖着，所以它的反照率很高。木卫二上还有很多黑色的条纹，这可能是冰层的裂缝，并且它上面的环形山不多。
太阳系最大的卫星木卫三，直径比水星都大。它的密度较低，反照率也不高，所以表面可能由脏冰和岩石构成。木卫三的表面上还发现存在一些山脊和峡谷及稀疏的环形山。
木卫四表面存在一些由同心环围绕着的大盆地，局部被冰层覆盖，地势较平坦，木卫四的环形山明显多于其他几颗卫星，这说明它的地质年龄较长。