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远日行星处于大行星家族的外侧，由于远离太阳受太阳引力较小，氢、氦等气体逃逸很多。据计算它们应该各有一个铁石质的核，外边是由水、氨和甲烷等物质冻结成的冰幔，再外边是液态分子氢海洋，它们的大气虽主要是氢，但还有甲烷等成分。
天王星的半径是 26150 千米，质量为地球的 14.54 倍，密度为 1.19 克/厘米 3。它与太阳的距离比土星又远一倍多，达 29 亿千米，公转周期是 84 年。它的自转周期很难测准，因为它的自转轴几乎与轨道面平行，是躺在轨道上转的。直到 1986 年 1 月 24 日旅行者 2 号飞临它的时候才准确测出它上层大气的自转周期是 17.24±0.01 小时。
根据旅行者 2 号发回的资料，天王星大气中除 10％至 15％是氦之外，主要是氢，另外还有甲烷。据推测它还应该有水和氨。天王星接受的太阳辐射很少，又没有内部能源，所以大气层里很平静。现已探明天王星和海王星的化学成分中甲烷、氨和水等容易冷凝的所谓冰物质占总量的 60％至 70％，它们都具有液态分子氢的海洋，都有浓密而深厚以氢为主的大气，体积、质量都很大，密度在 1 左右。
旅行者 2 号飞临天王星之前已经知道它有 5 颗卫星在其赤道上空。由于
天王星躺在轨道面上自转，所以它的卫星都垂直于它的轨道面绕其公转。旅行者 2 号一举发现了它的另 10 颗卫星，使它的卫星总数接近木星。天王星的环系也在它的赤道上空。
天王星有较强磁场并在外部空间构成磁层。这意味着它内部可能有铁质核，但旅行者 2 号发现它的磁场不同于其它行星的简单双极型，而是歪斜扭曲的。
为什么天王星会带着它的卫星和环系躺在绕日轨道上公转？有人认为它形成的初期受其它天体碰撞，不仅转动方向发生了变化，而且撞下来的很多碎块也都在赤道面上空散布开，然后才逐渐形成了它的卫星和环系。
海王星的半径是 24700 千米，质量为地球的 17.2 倍，密度为 1.6 克/厘米 3。它与太阳的距离约为 45 亿千米，公转周期 164.8 年，自转周期 17.8 小时。海王星也有浓密大气，主要由氢、氦构成，另外还有甲烷和氨。海王星表面的温度为 56 开，甲烷和氨大都结成冰晶。从海王星接受到的太阳能量来计算，它的温度只应有 46 开，这和实际相差 10 开。据分析这并不是因为它有特殊的内部能源，而是自诞生以来约 45 亿年自然冷却的结果，它的温度尚未达到平衡，还在继续冷却过程中。
海王星有两颗卫星，其中较大的海卫一以 5 天为周期反向绕海王星转，轨道面和海王星赤道面成 20°角，是一颗最大的不规则卫星。它肯定比月亮大，半径在 1800 千米到 2600 千米之间。红外观测发现它也有大气层，已探测到有甲烷成分。旅行者 2 号还发现海王星有 6 颗卫星，但尚未获得详细的数据。
海王星是否有环的问题曾数经周折。最后才肯定它有 5 道环。既然海王星也有环，那么木、土、天、海四星的形成和演化肯定有内在的共同点。研究环系的成因对了解太阳系的形成和演化定会有重要价值。
冥王星与太阳的平均距离为 95 亿千米，是已知最远的行星。它的公转周期约为 248 年，自转周期到 1973 年才测出来，约为 6.4 天，自转轴与公转轴的交角大于 60°，有点像天王星那样侧躺在轨道上自转。它的质量直到 1978 年发现了它的那颗卫星之后才测定出来，只有地球质量的 1/400，远小于月亮。它的半径至今没有准确测出，过去根据距离和亮度在 1977 年推算为 1350 千米，但在 1980 年用光斑干涉法测量得到半径为 1500 至 1700 千米。按此计算它的密度为 0.8 至 1.5 克/厘米 3。不论采用哪个半径值它都比月亮小。冥王星光谱中有甲烷吸收线，表明它的化学成分和天王星、海王星相似，不过它的温度更低，除氢、氦还可以是气态之外，其余全部冷凝为液态或固态。它的质量过小，即使因温度低还可以保留一些大气，也一定会相当稀薄。
冥王星轨道的偏心率在大行星中是最高的，它走到近日点附近时离太阳比海王星还近。实际上冥王星自 1979 年 1 月 21 日就进入海王星轨道的距离以内，要到 1999 年 3 月才超出去。冥王星轨道面倾斜比较大，和海王星不在一个平面内，因此它们不会相撞。
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