태양계의 바깥쪽을 도는 네 개의 거대한 행성은 목성형 행성, 가스 행성, 외행성이라고 부릅니다. 태양계에서 수소와 헬륨 따위의 유체(fluid) 형태를 주성분으로 하는 행성을 가리키며, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 이에 해당합니다. 이들의 질량은 태양을 도는 8개의 행성의 99%를 차지하며, 암 행성에 비해 무겁지만, 밀도는 상대적으로 낮아 암석 행성의 20% 수준입니다. 이들 네 행성은 모두 고리를 갖고 있으나, 토성만 지구에서 고리를 관찰할 수 있습니다.
1. 목성
목성(영어: Jupiter)은 태양계의 다섯번째 행성이며, 태양계의 8 행성 중 가장 거대하고 무거운 천체입니다. 태양 질량의 1,000분의 1에 달하며, 지구의 318배로 목성을 제외한 다른 행성을 다 합친 것보다 2.5배나 더 무겁습니다. 목성은 토성과 마찬가지로 거대 기체 행성입니다. 목성은 고대 천문학자들에게도 잘 알려져 있었는데 로마인들은 목성에 로마 신화의 신인 유피테르의 이름을 붙였으며, 동양에서 목성의 명칭은 오행 중 하나인 나무(木)에서 유래되었습니다.
목성은 대부분 수소와 헬륨으로 이루어져 있으며, 중원소로 이루어진 암석형 핵을 가지고 있으며, 다른 거대 행성들과같이 뚜렷한 고체 표면이 없습니다. 목성은 내부 열이 강력하게 발생하고 있어, 표면에 자전 방향과 평행한 줄무늬 모양의 띠와 대적반과 같은 반영구적인 대기 구조를 만듭니다. 목성의 가장 유명한 특징은 대적점입니다. 대적점은 오랫동안 유지되고 있는 고기압성 폭풍입니다. 달걀형의 폭풍인 대적점은 약 6일 주기로 반시계 방향으로 회전합니다.
목성은 희미한 고리 계를 가지고 있습니다. 목성의 고리들은 토성의 고리에서 볼 수 있는 얼음보다는 티끌로 이루어진 것으로 보입니다. 목성은 많은 위성을 거느리고 있으며, 알려진 숫자만 79개입니다. 목성은 통상적으로 하늘에서 태양과 달, 금성 다음으로 가장 밝은 천체입니다. 지구는 태양을 공전하면서 목성을 398.9일마다 한 번씩 추월하는데, 이 주기를 회합주기라고 합니다. 이 과정에서 지구에서 목성은 배경 별에 대해 올가미 형태의 역행 운동을 하는 것처럼 보입니다.
2. 토성
토성(라틴어: Saturnus)은 태양에서 여섯번째에 있는 태양계의 행성입니다. 토성은 질량, 조성 물질, 내부 구조, 자기권 등 모든 면에서 목성보다 조금씩 작은 가스 행성입니다. 즉 태양계 내의 행성 중 목성에 이어 두 번째로 큰 행성입니다. 토성의 지름은 약 12만km로, 지구의 9.1배이며 부피는 760배입니다. 이에 비해 질량은 지구의 95배밖에 안 됩니다.
Saturn이라는 명칭은 로마의 신 '사투르누스(Saturnus)'에서 기원한 것입니다. 영어의 토요일인 Saturday도 여기에서 유래되었으며, 이는 그리스 신화에서의 제우스의 아버지인 크로노스, 바빌로니아에서는 니누르타(Ninurta)가 해당합니다.
토성은 목성과 모든 면에서 아주 비슷하지만, 아름다운 고리를 가지고 있습니다. 토성에 대한 연구는 1610년 갈릴레이에 의해 본격적으로 시작되었으며 그는 처음에 토성의 고리를 보고 '토성의 귀 혹은 손잡이'라고 부르기도 했습니다. 토성의 위성은 145개이며 현재까지 태양계 중 가장 위성이 많은 것으로 밝혀졌으며, 앞으로도 더 발견될 수 있습니다.
지금까지 토성을 탐사한 우주선은 파이어니어 11호와 보이저 1호, 보이저 2호 등입니다. 이중 파이어니어 11호는 6년 동안 32억km를 여행하여 마침내 1979년 9월 1일에 처음으로 토성이 도착했습니다. 파이어니어 11호 관측에 의하면 토성 주위에는 2개의 새로운 띠가 있었다고 하며, 지구보다 1,000배 강하지만 목성보다는 20배 약한 자장을 가진 것으로 측정했습니다. 보이저 1호는 1980년 11월 12일에 토성을 지나가면서 새로운 띠와 위성 3개를 발견하였으며, 토성의 위성인 타이탄에 질소로 구성된 대기가 있음을 발견했습니다.
3. 천왕성
천왕성(영어: Uranus)은 태양계의 8 행성 중 일곱번째 행성이며, 외행성 중 가장 가벼운 가스 행성입니다. 영어 이름 '우라노스(Uranus)'는 크로노스의 아버지이자 제우스의 할아버지인 그리스의 신 우라노스에서 따온 것입니다. 천왕성은 여러 다른 천문학자들에게 맨눈으로 관측되기도 하였으나, 그들은 모두 천왕성이 어두운 별이라고 생각했습니다. 천왕성을 처음 발견한 사람은 윌리엄 허셜이며, 그도 천왕성을 아주 큰 망원경으로 보고 동그란 모양이라는 점 때문에 처음엔 꼬리가 발달하지 않은 혜성일 것으로 추측했습니다. 그는 맨눈이 아닌 기술 망원경을 이용하여 발견한 최초의 행성입니다.
천왕성을 이루는 물질은 해왕성과 완연히 다르고 큰 가스 행성인 목성, 토성과도 그 조성물이 다릅니다. 천문학자들은 그래서 종종 이들을 '얼음 거대 행성'이라는 이름으로 구별했습니다. 천왕성의 대기는 목성이나 토성의 대기처럼 수소와 헬륨으로 이루어져 있으나, 물, 암모니아, 메테인, 소량의 탄화수소와 같은 휘발성 물질들이 더 많이 섞여 있습니다. 천왕성의 자전축은 황도면에 대해 97.9도 기울어져 있어서 태양을 마치 누운 상태로 도는 것처럼 보입니다.
4. 해왕성
해왕성(라틴어: Neptunus)은 태양계의 8개 행성 중 여덟번째 행성입니다. 천왕성보다 지름은 약간 작으나, 좀 더 무거운 가스 행성입니다. 따라서 해왕성의 밀도는 천왕성보다 조금 더 큰 것으로 측정합니다. 해왕(海王)은 '바다의 왕'이라는 한자어로, 포세이돈(그리스 신화 이름) 또는 넵투누스(로마 신화 이름)로 번역한 것입니다. 해왕성은 8개 행성 중 직경으로는 네 번째로 크고, 질량으로는 세 번째로 큰 행성입니다.
해왕성은 맨눈으로 볼 수 없기 때문에 경험적 관측이 아닌 수학적 계산으로 발견된 태양계 행성 중 유일합니다. 해왕성 역시 13개의 위성이 주위를 돌고 있으며, 그중 가장 거대한 트리톤은 액체 질소의 간헐천이 표면 곳곳에 있는 등 지질학적으로 살아 있습니다. 해왕성의 구성 성분은 천왕성과 매 비슷하며, 목성이나 토성 같은 거대 가스 행성들과는 구분되는 성분상의 차이가 있습니다. 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 대량 포함하지만, 해왕성의 대기는 극미량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있으며, 물, 암모니아, 메테인 등이 얼어붙은 얼음 질이 높은 비율을 차지합니다. 이 때문에 천왕성과 해왕성을 거대 얼음 행성으로 따로 분류합니다.