比较行星学
比较行星学（ comparative planetology ），以地球为基础，对比研究各行星的物质组成、表面特征、物理场、内部构造和演化历史的学科。 1959年，G.伽莫夫首次应用比较行星学这个术语。随着行星际探测技术的发展和探测范围的扩大，以及天文学、地球科学和空间科学的相互渗透，比较行星学获得了迅速的发展。特别是20世纪最后二十多年，通过对地球、陨石、大气外层空间观测和对月球地质、构造、磁场、月球样品的分析，以及“水手”号、“金星”号、“火星”号、“海盗”号、“旅行者”号、“火星探路者”号等行星际探测器获得的大量科学资料，奠定了比较行星学的基础。
比较行星学已经取得的主要成果有以下几方面。
行星化学组成及内部构造
通过行星密度、地震波速及其传播特征、太阳系的元素丰度与太阳系的化学演化理论，估算了行星体的组成和内部构造。类地行星的密度近似地随与太阳距离增大而下降，这说明行星中的铁/硅酸盐比值随与太阳距离的增大而减小。按计算的密度，类地行星可分为月球–火星型(密度3～4克/厘米3)与水星–金星–地球型(密度5～5.5克/厘米3)两类。类木行星密度反映在行星的(铁＋硅酸盐)/(气体＋冰)比值上。由木星至天王星，密度随与太阳距离增大而增大，这说明行星中的气体量随与太阳距离的增大而减少。
所有的类地行星和月球均是分异的天体，都由壳、幔和核3个层圈组成(见表)。但壳、幔和核的厚度不同，行星核的相对大小一般随与太阳距离的增加而减小。
类地行星的内部构造模型
木星可能由液态氢、液态氦的外层及硅酸盐、铁的核构成。外层厚约 55 000千米，内核半径为15 000千米。土星的组成和内部构造与木星类似。天王星、海王星可能主要由氢、氦和氨组成，内部构造可分为3层，中心是硅酸盐组成的核，中间层为水、甲烷和氨组成的冰，外层是分子氢。
行星大气
行星的大气特征与行星的质量、大小及与太阳的距离密切相关。
①类地行星大气。地球和金星的质量大，气体难以逃逸，有一个由行星内部释出气体组成的浓密而复杂的大气层。火星由于质量较小，表面温度较低，因此大气密度较小，但成分和金星相似，是以二氧化碳为主的复杂混合物。早期地球大气主要成分估计也是二氧化碳，只是由于后来地球水圈和生物圈的发育，碳酸盐的沉积和植物光合作用的结果，才形成今天的低二氧化碳的大气。水星和月球由于质量小，气体易于逃逸。类地行星距离太阳近，早期太阳风的驱赶作用强烈，行星形成时表面所捕获的太阳星云气体已被驱赶殆尽，现今的大气是行星内部物质通过熔融、去气过程和被行星捕获保留下来的次生气体。金星、地球、火星的13C/12C、18O/16O的比值相一致，36Ar/38Ar比值大致为5。
②类木行星大气。以木星、土星为代表。它们的质量大，距太阳远，温度低，太阳风的驱赶作用较弱。行星大气主要为星体形成时捕获的星云气体。木星大气含氢约89％，氦约11％，水、氨和甲烷等气体均为微量成分。土星、天王星的大气组成与木星相似，但由于温度更低，不少NH3结晶而脱离气态，大气中甲烷含量较高。
行星磁场
由残留铁磁和行星内部电流产生的电磁场组成的磁场是行星的最基本特性之一。地球的磁场为偶极场，场强30 000～70 000纳特，赤道磁场平均值30 800纳特，偶极子与行星自转轴间的夹角为11.5°。未发现月球的全球性磁场，月壳局部的剩磁强度约为6～300纳特。水星磁场强度约为350～700纳特。金星有一个微弱的磁场，磁矩约为地球的0.000 05。火星呈现出奇特的多极子磁场，强度约为60纳特。木星表面的磁场强度北半极为1.4×106纳特，南半极为1.1×106纳特，磁场大致为偶极磁场，但比地球更不规则。土星的磁矩介于木星与地球之间，比地球大550倍，约为木星的1/35。
太阳、水星、地球、木星和土星的磁矩随角动量增加而增大，但金星、火星和月球的磁矩其角动量相比十分小。这表明除了角动量外，还存在其他对行星磁矩起重要作用的因素。流行的行星磁场成因学说是“发电机假说”。但也有人认为行星的磁场是行星壳的剩磁，而不是活动的“内部发电机磁场”，行星壳剩磁可能是原始的内场或外场产生的。实际上，行星磁场可能由内部电流产生的电磁和行星早期历史残留的铁磁两部分组成，但二者的比例随行星而异。
行星表面特征
行星表面特征反映行星的内部与外部成因的地质活动，以及行星的地质演化历史。按地形特征，类地行星(包括月球和木卫一)的主要地质活动可分为两组：内力作用过程(火山和构造作用)与外力作用过程(大气、水的侵蚀及星子或陨石的撞击成坑作用)。
撞击坑是行星表面的共同特征，其大小从微米级的微陨石坑(宇宙尘撞击所致)，至直径2 000千米以上的盆地(由大星子撞击产物)。环形撞击坑是无大气的较小行星(如月球与水星)最显著的表面特征。火星的撞击坑特征也比较突出。地球上已证认出上百个撞击坑，其中大部分位于古老的前寒武纪地盾区。地球上撞击坑稀少是由于后来强烈的地质作用改造的结果。一般的情况是，行星体越小，表面区高密坑的比例越大。
火山活动是类地行星的主要地质过程，其重要表现是玄武岩浆喷出并广泛覆盖类地行星的表面。月海玄武岩覆盖约17％的月面。广阔的水星平原是玄武岩平原。火星表面有广阔的安山岩和玄武岩平原和巨大的火山遗迹。地球上广泛分布的火山与海底扩张–俯冲带相联系，大洋玄武岩覆盖60％的地表。
类地行星有各不相同的构造特征。月球有一个北东—南西向的网格状构造体系，可能代表古月壳中的早期构造应力分布。水星上有许多舌状悬崖，一般认为是由水星铁核收缩而成。火星的主要构造特征是大裂谷和与塔西斯高原相连接的地堑。地球的构造特征则与海底扩张和板块构造活动密切相关。特别应该指出的是，地球是目前所知所有行星中唯一具有板块运动的天体。
类地行星的表面高度显示双峰分布特征，这种分布与两半球的撞击坑高地和火山平原的比例相关。月球高地平均比月海表面约高1千米。火星南半球的环形坑高地比北半球平原高1～2千米。地球的大陆比洋底高4～5千米。一般情况是低高度表面区(火山平原)占行星表面积的百分数及低地与高地的高度差，随行星增大而增大。
除金星外，地球是唯一具有浓密大气、水圈和生物圈的类地行星，地表受到流水、冰川、波浪、风和生物的改造。火星表面经受风积作用和永久冻土活动的改造，并留下大量流水侵蚀作用的证据。水星和月球无大气和水圈作用的表面特征。
行星地质演化
星云说一致认为，行星是在太阳星云盘内形成的。行星的演化和现今的特征主要受行星的质量、组成及其与太阳的距离所制约。一般认为，类地行星具有共同的演化途径。按P.D.洛曼的意见，类地行星的演化可分为5个阶段：约47亿年前的行星形成和核的分离阶段；数亿年后形成初始行星壳及随后的高密度星子轰击阶段；有广泛的玄武岩浆喷出的第二次分异阶段；连续的构造活动阶段；约25亿年前，地球开始进入板块构造运动和物质再分异阶段。
行星的演化与其热历史密切相关。行星热历史主要研究行星内部热能的现状、演化历史及其起源等问题。行星的分异、火山活动、构造运动和岩浆活动是热历史的反映。行星热历史是太阳星云聚集时的重力能、早期太阳产生的能量、潮汐作用产生的能量、星子(或陨石)撞击行星表面产生的能量，以及不同半衰期放射性核素衰变的能量等多种来源的能量储聚与释放的综合平衡的反映。
行星的质量是制约行星演化阶段和行星热历史的主要因素。类地行星按质量可分为大(金星、地球)、中(火星)、小(水星、月球)3类。它们的演化特征如下：
质量小的类地行星形成后急剧加热，发生熔融和分异成壳、幔与核，但内部物质分异不充分。由于行星体积小，热量散失快，固化快，去气过程产生的气体不被行星捕获，因此不能形成大气层。在经历了约30亿年前广泛的玄武岩喷发阶段之后，便转向地质上的宁静期，没有行星演化后期的构造岩浆活动。这类行星的演化程度低，表面能较好保持古老的火山地形与星子撞击形成的盆地和环形坑。
质量大的类地行星形成后也急剧加热，发生熔融和分异，产生壳、幔和核，内部物质分异程度高。由于行星质量大，内部的热量积累多而失散慢，至今仍保持明显的构造岩浆活动。这类天体的演化程度高，经历的演化阶段长，如地球进入到了板块构造活动阶段。行星内部物质去气过程产生的气体被行星捕获，形成浓密的大气层。地球由于与太阳的距离适宜，形成了水圈、生物圈和富氧的大气。各种内、外营力改造了地形，保留的古老地形少，岩石圈厚度薄，核心较大，大部分的表面被年轻的岩石所覆盖，如地球的3/4表面积被5亿年或更年轻的岩石所覆盖。
火星介于上述两者之间，具有过渡型的特征。早期急剧加热熔融，分异形成壳、幔和核，内部物质的分异程度高于水星，低于地球。热量的积累和失散以及演化程度也介于水星和地球之间，火星形成后的20亿年中构造岩浆活动最为激烈。由于不断的构造、岩浆活动和火山喷发，逐渐形成各种火山地形、断岩和峡谷。火星现今没有明显的构造岩浆活动和火山喷发，接近于地质上的宁静期。内部物质去气过程产生的气体仅被部分捕获，构成稀薄的大气层。火星表面有明显的风蚀和堆积作用，地形受到一定程度的改造，古老地形和环形坑保存得比地球好。
