天王星是太阳向外的第7颗行星，在太阳系的体积是第三大（比海王星大），质量排名第四（比海王星轻）。它的名称来自古希腊神话中的天空之神乌拉诺斯，是克洛诺斯（农神）的父亲，宙斯（朱比特）的祖父。天王星是第一颗在现代发现的行星，虽然它的光度与5颗传统行星一样，亮度是肉眼可见的，但由于较为黯淡而未被古代的观测者发现。威廉？赫歇耳爵士在1781年3月13日宣布他发现了这颗星，在太阳系的现代史上首度扩展了已知的界限。这也是第1颗使用望远镜发现的行星。
天王星每84个地球年环绕太阳公转一周，与太阳的平均距离大约30亿公里，阳光的强度只有地球的1/400。它的轨道元素在1783年首度被拉普拉斯计算出来，但随着时间推移，预测和观测的位置开始出现误差。在1841年约翰？柯西？亚当斯首先提出误差也许可以归结于一颗尚未被看见的行星的拉扯。果然，1846年9月23日，迦雷在勒维耶预测位置的附近发现了一颗新行星，这就是后来被命名为的海王星。
天王星内部的自转周期是17小时又14分，但是，和所有巨大的行星一样，它上部的大气层朝自转的方向可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度，像是从赤道到南极的2/3路径上，可以看见移动得非常迅速的大气，只要14个小时就能完整的自转一周。
于是，这就使得天王星上的春秋两季有着快速的昼夜交替，约每隔16.8小时太阳就升起一次。而冬夏两季则截然不同，当其南半球对着太阳时，南半球处于夏季，这时的太阳总不落下，整个夏季南半球始终是白昼。这时的北半球则处于冬季，整个冬季要度过长达21年的漫长黑夜。因此，有人把天王星称为“一个颠倒的行星世界”。
天王星上为何会发生如此奇异的现象？这或许与天王星的磁场相关。地球的磁极位于南北两极附近，与南北极存在一个偏角，称为磁偏角，目前二者交角为11.5度，许多行星都与地球类似。但是海王星和天王星的磁场情况却十分特别，它们没有磁极，而且磁偏角很大，分别达到47度和59度。科学家试图解释这些异常的磁场，但仍没有达成共识。
20世纪末，科学家曾猜想，这可能是两个行星的薄外壳循环流动的结果。众所周知，地球的磁场产生于接近地球核心的外核。而天王星和海王星的外壳表面布满由水、甲烷、氨和硫化氢组成的液态“冰”，所以成为了带电的流体，可能正是薄外壳的循环或对流运动，导致了怪异磁场的产生。当然，这仅仅是一种猜测。
海王星暗斑之谜
海王星（Neptune）是环绕太阳运行的第8颗行星，是围绕太阳公转的第四大天体（直径上）。海王星在直径上小于天王星，但质量比它大。海王星的质量大约是地球的17倍，而类似双胞胎的天王星因密度较低，质量大约是地球的14倍。海王星以罗马神话中的尼普顿（Neptunus），因为尼普顿是海神，所以中文译为海王星。天文学的符号，是希腊神话中海神波塞冬使用的三叉戟。
天王星被发现后，科学家根据牛顿理论推测他的运行轨道，发现它的轨道与所推知的并不一致。科学家们因此预测，还存在着另一颗更遥远的行星，正是它影响了天王星的轨道。
1846年，科学家首次观察到了海王星，它出现的地点非常接近英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒威耶经过计算预测出的地点。但后来的观察显示，事实上，亚当斯和勒威耶计算出的轨道与海王星真实的轨道偏差相当大。如果对海王星的搜寻早几年或晚几年进行，人们将无法在他们预测的位置或附近找到它。
海王星的自转周期为22小时左右，它的赤道面和轨道面的交角是28度48分，海王星绕太阳公转的轨道很接近正圆形，轨道面和黄道面的夹角很小，只有1度8分。海王星的轨道虽然那么大，它运行的速度却比天王星还来得慢，每秒钟走不到5.5千米，等它绕太阳转一个圈子，地球上已经过了165年了。因此以海王星来说，它被地球上的人发现还没有满一年。
现在认为，海王星内部有一个质量和地球差不多的核，核是由岩石构成的，温度约为2000到3000摄氏度，核外面是质量较大的冰包层，再外面是浓密的大气层，大气中主要含有氢，还有甲烷和氨等气体。海王星是一个狂风呼啸、乱云飞渡的世界，在大气中有许多湍急紊乱的气旋在翻滚。海王星上面呼啸着按照带状分布的大风暴或旋风，并且，这里的风暴是太阳系中最快的，时速达2000千米。
海王星的组成成分与天王星的很相似：各种各样的“冰”和含有15%的氢和少量氦的岩石。海王星相似于天王星但不同于土星和木星，它或许有明显的内部地质分层，但在组成成分上有着或多或少的一致性。但海王星很有可能拥有一个岩石质的小型地核（质量与地球相仿）。它的大气多半由氢气和氦气组成，还有少量的甲烷。观测到海王星之所以呈现蓝色，正是因为大气中的甲烷吸收了太阳光中的红光造成的。
海王星也有光环，在地球上观察到的只是暗淡模糊的圆弧，并不完整。除此之外，海王星还有5条环带，外面的两条比较明亮，里面的两条比较暗淡。这一发现证明，环带是4颗类木行星所具有的共同特征。
海王星是一颗具有几个大暗斑的动态行星，这很容易让人们想起有异常猛烈风暴的木星。“旅行者”号的探测发现海王星上的有一个十分巨大的斑点——大暗斑（GreatDarkSpot），它和地球差不多大，与木星上的大红斑（GreatRedSpot）有些相似。“旅行者”号还在海王星上发现了一片小而不规则的云，它以16小时左右的周期在海王星表面自西向东运动。这片云就像一片在一个云盖上滑动的羽毛一样。
然而，1994年哈勃望远镜对海王星的观察显示出大暗斑竟然消失了！它或许就这么消散了，或许暂时被大气层的其他部分所掩盖。几个月后哈勃望远镜在海王星的北半球发现了一个新的黑斑。这表明海王星的大气层变化频繁，这也许是因为云的顶部和底部温度差异的细微变化所引起的。
冥卫一形成之谜
冥王星是太阳系中的矮行星，它有一颗卫星叫做冥卫一。它是由美国海军天文台天文学家克里斯蒂在1978年发现。冥卫一的直径约1212千米，约为冥王星的一半，视星等约16.8等。冥卫一温度约为-230℃，密度为1.63克/立方厘米。探测显示冥王星的组成成分中，岩石占了一半多，冰则比一半少一点。其表面大气仅约为0.1毫巴左右，是地球表面大气浓度的百万分之一，稀薄到几近于无，且成分几乎都是氮气。冥卫一同冥王星的距离非常近，只有19万千米，而月球同地球的距离为88万千米。
冥卫一的公转周期与自转周期一样，为6.39天，并且和冥王星的自转周期相同，即是说，冥卫一仿佛是冥王星的一颗同步卫星，冥王星与冥卫一永远以同一面向着对方。这种情况在太阳系可以说是绝无仅有的。
冥卫一的形成一直是一个谜。有科学家在“冥王星原为海王星的卫星”这一假说的基础上，提出了自己的推测，他认为，冥卫一应该产生于冥王星脱离海王星之后。如果在冥王星还只是海王星的卫星时，冥卫一就围绕冥王星旋转，那么，海王星的引力作用就会使相距很近的冥王星和卫星相撞，这样的话，卫星早该不存在了。但冥卫一之所以还存在，就是因为冥王星和它的卫星原本是一体的，后因自转速度过高才分裂成两个。既然如此，原来的冥王星又是怎样获得这样高的自转速度，而把自己分裂成两个的呢？到目前为止，这个问题还没有答案。
彗星爆发之谜