地球在自转的同时，也在围绕着太阳公转。同地球自转的方向一致，地球公转的方向也是自西向东。地球公转一周的时间单位是1年，其时间长度为365日6时9分10秒，这称为恒星年。地球公转的轨迹叫作公转轨道，它是近似正圆的椭圆形轨道，太阳位于椭圆的一个焦点上。
地球绕太阳公转是斜着身子旋转的，地球的自转轴与公转轨道平面斜交成约66度34分的倾角，由于地轴始终指向北极星，因此，地球在公转轨道上的不同位置时，地表接受太阳垂直照射的点是有变化的。
地球不停地公转，春、夏、秋、冬四季便不断地交替出现。在我国，四季划分有不同的标准，天文学上以春分、夏至、秋分、冬至分别作为春、夏、秋、冬四季的开始；民间习惯以农历1、2、3月为春季，4、5、6月为夏季，7、8、9月为秋季，10、11、12月为冬季；气候统计上，因一般1月最冷，7月最热，故以公历3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季，12月和次年1、2月为冬季。这种四季分法对四季分明的温带地区较为符合。
（5）地球的卫星
月球是地球唯一一颗卫星，俗称月亮，古称“太阴”，还有“玉兔”“玉盘”“婵娟”等许多雅号。晴朗的夜晚，一轮明月高挂天空，它那皎洁明媚、幽静柔和的月光常常惹人遐思，无数文人墨客用美妙的笔墨描绘、赞美过它。我国民间也流传着嫦娥奔月、吴刚伐桂、玉兔捣药等许多动人的神话故事。在古希腊神话中，月亮女神的名字叫阿尔特弥斯，同时她也是狩猎女神。
在浩瀚宇宙的无数天体中，月球只是一个微不足道的小天体。但是，作为地球唯一的天然卫星，月球是距离地球最近的天体，与地球之间的平均距离是38.4万千米。对于地球来说，除了太阳之外，天空中没有任何天体比月球更加显著。从对地球的影响来看，月球的作用也是太阳以外的其他任何天体所不可比拟的。月相的圆缺变化，曾是一种天然的和最早的历法；月球和地球之间的引力对地球上的潮汐现象起着主导作用。因此，对于地球来说，月球显得尤为特别和重要。除了地球之外，月球是被人们研究得最为彻底的天体，也是人类亲身到过的宇宙天体。1969年7月20日，美国“阿波罗11号”飞船实现了人类登上月球的夙愿——第一次把宇航员送到了月球，并且还在月球的表面安装了月震仪、激光测距反射仪，迈出了人类对月球进行实地考察研究的第一步，尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林成为最先登陆月球的人。
在科学家眼里，月球是个“乖巧”的“怪物”。它“怪”，是因为已知的天文学知识中，没有哪个卫星如同月球这样相对比例大得出奇，也没有哪个卫星的轨道是圆的，除了人造卫星。它“乖”，是因为月球的很多数据都很“巧合”：太阳与地球的距离，是地球与月球的395倍，而太阳的直径也“正好”是月球的395倍，这导致地球上的人看到的月亮和太阳一样大。从地面上看，两个大小相似的天体，一个照亮白天，一个照亮夜晚，太阳系中还没有第二个同例。月球自转一周的时间“正好”和绕地球公转一周的时间相同，所以月球永远以同一个面对着地球。月亮在太阳与地球之间刚好有一个倾斜角度，在夜晚时能把太阳光反射到地球上，照亮地球的夜空。这一切都是偶然的巧合吗？在真正的探索者眼里，这些偶然背后必然有其根源。
月球表面有阴暗和明亮的区域，亮区是高地，暗区是平原或盆地等低陷地带，分别被称为月陆和月海。早期的天文学家观察月球时，以为发暗的地区都是由海水覆盖的，因此把它们称为“海”；而明亮的部分是山脉，那里到处是星罗棋布的环形山，即月坑，几乎布满了整个月面。月球对着地球的一面，简直是一幅世界地图的展开图：北半球以月海为主，南半球以环形山为主；月海的排列几乎近似于地球的陆地，环形山的分布几乎像地球的海底山脉。在较大的几个月海中，风暴洋像非洲，雨海和冷海像欧亚大陆，澄海、静海和丰富海犹如美洲，云海犹如大洋洲，梦湖犹如格林兰岛，湿海犹如马达加斯加岛。因此，月表正面的形状简直是地球表面按1/28比例缩小的铸模。月球为什么要把地表的模样刻在自己的“脸”上呢？有谁能做出如此大手笔呢？这些有趣的谜团都有待我们去探索和发现。
5.2.4火星
火星是一个由锈红色沙漠、沙尘暴以及冰冷的极地地区构成的世界。在夏季，这里的白昼十分温暖，气温可达到16℃，但夜晚温度则降至冰点以下。火星的空气比地球最高山脉——喜马拉雅山顶端的空气还要稀薄，所以未来的航天员如果想要登陆火星，就需要穿着具有呼吸及加热设备的航天服。即使如此，火星仍然是太阳系中和地球最为相似的行星。
（1）火星的特征
火星是太阳系由内往外数的第四颗行星，属于类地行星，直径为地球的一半。在西方称火星为战神玛尔斯，中国则称为荧惑，因为它荧荧如火，位置、亮度时常变动。从地球上观察火星，会发现它就像个燃烧着的大火球。实际上，火星之所以会呈现出红色是因为其表面含有丰富的氧化铁元素。火星表面的大部分区域不仅被由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各种铁化合物，这些化合物经过长期氧化和紫外线照射，便形成了红色的铁氧化物，它反射的太阳光也就变成红色的了。所以，我们观察火星时就会觉得它周身围绕着红色的火焰。
火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体。以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，并有沙尘悬浮其中，整个火星一年中大约有四分之一的时间笼罩在无边无际的狂沙之中，一次沙暴可持续几十天时间。与地球相比，火星的地质活动不活跃，地表地貌大部分于远古较活跃的时期形成，有密布的陨石坑、火山与峡谷，包括太阳系最高的山峰——奥林匹斯山（巨大的火山高达25千米，方圆624千米）和最大的峡谷——水手峡谷（大峡谷延伸4000多千米，深2~7千米）。另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别：南方是古老、充满陨石坑的高地，北方则是较年轻的平原。火星两极皆有主要以干冰组成的极冠，这些干冰会随季节变化而消长。
火星有两个天然卫星火卫一和火卫二，形状不规则，可能是被其捕获的小行星。火星在地球上能背肉眼看到，亮度可达-2.9，只比金星、月球和太阳暗。
（2）火星之谜
有许多科学家认为，在火星地表之下有可能生存着最低级的、类似细菌或病毒的微生物有机体。1996年8月，美国宇航局宣布在火星陨石中发现了微生物化石的明显遗迹。英国欧佩恩大学行星科学教授柯林·皮灵格也指出，某些生命形式能够生存在最不利的环境中。1996年，一些英国科学家在太平洋海底4000多米的地方进行钻探时发现了细菌，而那里的压力是海平面压力的400倍，温度竟高达170℃。研究海底3000多米处活火山的科学家也发现了一些动物，它们属于髭虎鱼属动物，聚居在布满各种细菌的领地上，那些细菌则在从海床上隆起的、沸腾的、富含矿物质的地幔柱上繁殖生长。由此可以想到，火星上有可能存活着一些生物，它们也许被封闭在厚10米的永久冻土层当中。
有人认为来自火星表面的陨石会落到地球上，同样有人认为因小行星的撞击而从地球飞溅出去的岩石有时也会到达火星。由此可以想象，地球上的生命有可能是由火星陨石携带过来的——反之也是如此，生命体也可能被从地球上带到火星。火星上到底有没有生命？也许，在人类的脚印踏上火星之前也不会有一个明确的答案。
（3）神秘的“火星脸”
1976年7月，美国“海盗一号”火星探测器拍摄的一张照片上显现一个酷似人脸的物体，并由此引发了科学家们的争论。许多人猜测这是很久以前“火星人”建造的类似埃及斯芬克斯像的建筑，是火星远古文明留下的历史遗迹。美国宇航局曾多次反驳这一观点，到20世纪90年代和2001年火星探测器在飞过“火星脸”区域时也发现它只是一个多岩石山。
“火星脸”所在的多岩石地形被称为平顶山，即顶部扁平、四周陡峭像悬崖一样的大片岩石。“火星脸”平顶山位于塞东尼亚区，长约几千米，高达数百米。由于太阳的角度以及其坑坑洼洼的表面，那片岩层看上去与人脸确实有些相似之处，中央位置的大片岩层看上去像是人头，在阴影的作用下，还给人留下眼睛、鼻子和嘴巴的幻觉。
专家介绍，在实际存在的物体上看到人脸，这种现象被称为“幻想性错觉”，这也是许多人在茶叶、云团和烤焦的面包上看到他们所认为的“耶稣脸”的原因。美国著名天文学家卡尔·萨根认为，人类之所以总能在某些地方看到人脸，完全是人类生存的本能使然。
5.3外太阳系
太阳系的中部区域是气体巨星和它们有如行星大小的卫星的家，许多短周期彗星，包括半人马小行星也在这个区域内，此区的传统名称为“外太阳系”。这一区域固体的主要成分是“冰”（水、氨和甲烷），不同于以岩石为主的内太阳系。20世纪末至21世纪初，天文学家在外太阳系之外发现了大量新天体，就将这个新的外部区域称为“海王星以外的区域”，原属于外太阳系的冥王星也归于其中。
外太阳系的四颗行星也称为类木行星。木星和土星的大气层都拥有大量的氢和氦，天王星和海王星的大气层则有较多的“冰”，由水、氨和甲烷组成。有些天文学家认为它们该另成一类，称为“天王星族”或是“冰巨星”。这四颗气体行星都有行星环，但是只有土星的环可以轻松地从地球上观察。
气体巨行星和冰巨星在形成的时候就存在差异，太阳系的诞生应该开始于一个由气体和尘土构成的、转动的巨大球体，也就是前太阳星云。当它凝聚时，逐渐形成盘状，在中心处崩塌形成了太阳。多数的星云气体主要是氢和氦，形成了太阳；同时，颗粒的尘土聚集形成了第一颗原行星。在成长的过程中，有些行星累积到足够的质量，能够凝聚星云中残余的气体，直到达到一个关键点，它们开始以指数的速度增长，最终形成巨行星。而冰巨星的气体只有几个地球的质量，未能达到这个临界点。冰巨星的质量虽然没有巨行星大，但在如此远离木星和土星的地方是没有足够的物质来形成这样大的行星的，所以有些科学家认为天王星和海王星可能是在离太阳较近的位置形成之后，才被木星“驱赶”到外面的。
5.3.1木星
木星是一个气态行星，主要由氢和氦组成，木星也是太阳系中体积最大、自转最快的行星，被称为“八星之冠”。在太阳系行星兄弟中，木星的个头最大，是名副其实的老大哥。木星的体积比其他七兄弟的体积总和还要大，它那庞大的躯体足以容纳1316个地球。木星的质量也是相当可观的，是其他七大行星总和的2.5倍，相当于地球的318倍。木星丰沛的内热在它的大气层造成一些近似永久性的特征，例如云带和大红斑。这个大红斑大约有4.53亿平方千米，有人认为它是一股永不停息的旋风。木星有众多的卫围绕其旋转，已经被发现的卫星有63颗，最大的4颗为甘尼米德、卡利斯多、埃欧和欧罗巴。甘尼米德比水星还要大，是太阳系内最大的卫星。
（1）木星的特征
木星是太阳系中最引人注目的一颗行星，它的亮度仅次于金星。中国古代把它叫作“岁星”。木星直径约为14.3万千米，是地球直径的11.25倍，而质量为所有其他行星的2.5倍。木星的平均密度相当低，仅1.33×103千克/米3。其绕太阳公转一周约12年，而自转一周仅要近10小时。由于它自转太快，致使星体变扁，其赤道半径与极半径相差5000千米之多。木星内部是由铁和硅组成的核，称为木星核，温度高达30000℃。木星核的外部绝大部分是氢，液态的氢分子层与液态的金属层合称为木星幔。木星幔的外面是木星的大气层，其厚度有1000千米，几乎全由氢和氦构成，只有微量的甲烷、氨和水蒸气。木星大气中的甲烷具有吸收紫外线的作用。木星大气中还有十分强烈和频繁的闪电现象，平均每年有250次。木星大气浓密，表面覆有浓厚的云层，云层上的平行条纹和红色的卵形斑块好似雨花石的花纹。这些彩色云层像波浪一样翻滚着，并且随着木星的自转被拉成带状。人们称木星表面颜色明亮的条纹为“带”，颜色较暗的为“带纹”。其中最引人注目的是位于木星南热带内的大红斑，它呈蛋形，长20000千米，宽11000千米。木星表面的磁场强度大约是地球的10倍，且其方向与地球的正好相反。木星具有极光现象，它是除地球以外第二个发现有极光现象的天体。
（2）木星的“大红斑”
1973年12月，美国宇宙飞船“先锋10号”对木星表面进行拍摄。人们从其传回的照片发现，在木星南半球存在一块色泽鲜艳的大红斑。这与罗巴特·福克在1664年画的木星图中的大红斑有着惊人的相似。这就说明，木星上的橘红色斑至少存在了300多年，而且位置也没有太大变动。那么这个大红斑究竟是什么呢？