Astronomii clasifica in general sistemul solar ca fiind compus din planete interioare si planete exterioare. In timp ce planetele interioare au fost vizitate de multe nave spatiale, in special Marte, planetele exterioare (gigantii de gaz) au fost vizitate de mult mai putine ori. De fapt explorarea planetelor exterioare a fost realizata numai de nave spatiale americane, la care au participat si europenii. Motivul pentru aceste explorari putine la numar este faptul ca aceste planete sunt atat de indepartate incat este nevoie de nave spatiale care sa poata functiona timp de multi ani in timpul calatoriei lor pana la destinatie.
Incepand cu sfarsitul anilor 1960, oamenii de stiinta de la NASA si inginerii de la Institutul de Tehnologie JPL din California au inceput sa planifice trimiterea primelor sonde spatiale care sa mearga mai departe de Marte, pana la Jupiter si chiar dincolo de aceasta planeta. In anul 1971, acestia au lansat prima dintre sondele spatiale, o nava numita Pioneer 10, care a devenit prima nava spatiala ce a ajuns pana la planetele exterioare – a zburat pe langa Jupiter in decembrie 1973. In timpul trecerii sale pe langa Jupier, Pioneer 10 a atins viteza necesara pentru a deveni prima nava spatiala care a parasit sistemul solar. Geamana sa, Pioneer 11, a zburat pe langa planeta Jupiter in decembrie 1974. Ambele nave spatiale au trimis inapoi fotografii color ale structurilor complexe de nori din atmosfera lui Jupiter, masuratori ale campurilor magnetice din jurul planetelor exterioare si cateva imagini neclare ale catorva dintre satelitii mai mari ai lui Jupiter. Insa, pentru a putea ajunge pana la Jupiter, cele doua sonde spatiale trebuiau sa fie atat de mici si sa calatoreasca atat de repede, incat acestea nu au putut intra pe orbita planetei si au trecut pe langa ea, fapt care a ingreunat obtinerea mai multor informatii din datele primite.
Pioneer 11 a lasat planeta Jupiter in urma, iar cinci ani mai tarziu, in septembrie 1979, aceasta a ajuns pana la Saturn. Nava spatiala a furnizat noi informatii privind campul magnetic al gigantului inelat si mediul incarcat cu particule al acestuia. Insa imaginile cu planeta Saturn trimise de Pioneer 11 au fost mai putin impresionante decat cele cu planeta Jupiter, si nu au existat imagini ale structurilor complexe de nori ca si cele de pe Jupiter. Astronomii de la NASA au primit o noua sansa in ianuarie 1979, cand o nava spatiala mai capabila s-a apropiat de Jupiter. Aceasta nava s-a numit Voyager 1. Cu doar 17 ore inainte de apropierea sa de planeta, nava si-a indreptat camerele foto in lateral pentru o expunere de 11 minute. Cand imaginea a revenit, echipa de astronomi a constatat cu stupoare ca Jupiter avea un inel subtire, ceva ce se credea ca este imposibil datorita gravitatiei planetei.
Voyager 1 si 2
Voyager 1 a fotografiat si cativa dintre satelitii planetei Jupiter. Unul din satelitii fotografiati a fost Europa. Imaginile neclare ale satelitului au aratat ca acesta era brazdat de linii pe care oamenii de stiinta nu le puteau explica. O surpriza si mai mare a venit cand nava spatiala s-a apropiat de un alt satelit, Io, care era acoperit cu petice de sulf galben, negru, alb si portocaliu. Pe 8 martie, pe cand se uita la o imagine care infatisa marginea satelitului Io, unul din navigatorii lui Voyager 1 a descoperit o mica masa vulcanica ce se ridica de pe suprafata satelitului. Curand, alti oameni de stiinta au gasit alte eruptii vulcanice, iar Io s-a dovedit a fi cel mai activ corp din punct de vedere geologic din sistemul solar.
Voyager 2 a ajuns pana la Jupiter la patru luni dupa sora sa. Aceasta a dezvaluit existenta unor modificari semnificative in tiparele climatice ale gigantului de gaz. Voyager 2 a facut fotografii mai reusite ale vulcanilor de pe Io si, deasemenea, a obtinut imagini de o calitate superioara a satelitului Europa, care aratau suprafata neteda de gheata brazdata de crapaturi a acestuia. Nu existau cratere de impact bine definite, cum este cazul la cei mai multi sateliti, iar trasaturile de suprafata indicau faptul ca sub suprafata satelitului Europa se petrecea ceva ciudat.
Apoi, Voyager 1 si 2 au mers inainte spre Saturn. Voyager 1 a ajuns la Saturn in toamna anului 1980. Una din cele mai fascinante descoperiri ale acestei nave a fost faptul ca vanturile de la ecuator atingeau viteze de pana la 1800 de kilometri pe ora (de patru ori mai rapide decat cele de pe Jupiter). Pe 6 octombrie, un membru al echipei care controla nava Voyager 1 a mentionat existenta unor caracteristici intunecate asemanatoare cu niste spite, care se extindeau radial peste unul din inelele planetei. Voyager 1 a fotografiat si satelitii lui Saturn, inclusiv Titan, care are o atmosfera groasa, si Mimas, care are un crater urias de impact. Voyager 2 a ajuns la Saturn zece luni mai tarziu si deasemenea a trimis inapoi fotografii intense. Ambele nave spatiale au descoperit noi sateliti in jurul planetelor Jupiter si Saturn, sateliti care sunt invizibili de pe Pamant.
Desi imaginile frumoase pe care le-au trimis inapoi au fost cele care le-au facut celebre, navele spatiale Voyager 1 si 2 erau deasemenea echipate cu alte instrumente stiintifice necesare pentru detectarea campurilor magnetice, a particulelor incarcate si a altor fenomene invizibile. Desi imaginile cu inelele lui Saturn primite de la Voyager 1 au fost extrem de folositoare, oamenii de stiinta au vrut sa-si faca o idee in legatura cu grosimea inelelor, prin urmare au trimis nava sa treaca dincolo de acestea. Acest lucru le-a permis sa masoare transmisiunile navei spatiale pe masura ce calatorea prin inele si astfel sa determine grosimea lor. Insa, aceasta manevra a insemnat deasemenea ca Voyager 1 a parasit ecliptica si ca nu mai putea sa mearga inainte spre alte planete. Camerele sondei Voyager 1 au fost inchise in decembrie 1980, aceasta indreptandu-se in afara sistemului solar.
Voyager 2 a mers chiar mai departe in sistemul solar. In noiembrie 1985, aceasta a inceput sa furnizeze date despre Uranus, o minge albastruie care initial aparea doar ca un punct minuscul atunci cand era observata de cele mai puternice telescoape de la sol. Voyager 2 a trimis inapoi informatii despre inelele planetei si satelitii sai, fiecare diferit in mod radical de ceilalti. Dar atmosfera lipsita de caracteristici a planetei Uranus i-a dezamagit pe majoritatea oamenilor de stiinta. In august 1989, Voyager 2 a trecut pe langa Neptun, oferind un final spectaculos al carierei sale. Neptun avea o nuanta de un albastru mai profund decat Uranus si deasemenea avea trasaturi subtile, dar complexe, in atmosfera sa. In mod surprinzator, aceasta avea deasemenea o caracteristica numita Marea Pata Intunecata, care arata similar cu Marea Pata Rosie de pe Jupiter.
Voyager 1 si 2 sunt cele mai spectaculoase si de succes nave spatiale robotizate construite vreodata. Acestea au trimis inapoi o multime de date despre planete care anterior nu erau decat niste pete neclare. Insa ambele nave spatiale au trecut pe langa obiectivele lor. Oamenii de stiinta de la NASA vroiau sa obtina mai multe date, dar stiau ca acest lucru putea fi realizat doar daca nava spatiala ar fi orbitat in jurul planetelor. Incepand cu anii 1970, oamenii de stiinta de la JPL au inceput sa proiecteze o noua nava spatiala care avea sa si orbiteze in jurul lui Jupiter. NASA a botezat nava spatiala Galileo, iar aceasta a fost programata pentru lansare in 1986. Din nefericire, incidentul Challenger a dus la amanarea lansarii. In octombrie 1989, cand Galileo a fost lansata, antena de comunicatii a acesteia nu a reusit sa se deruleze in mod corespunzator, iar nava spatiala putea trimite date inapoi pe Pamant doar la o rata mult mai mica. Acest lucru i-a fortat pe oamenii de stiinta de la JPL sa revizuiasca in totalitate planul de misiune si sa-si reduca numarul de experimente.
Galileo si Cassini
In decembrie 1995, Galileo a intrat pe orbita in jurul lui Jupiter. Cu cinci luni inainte ca nava spatiala sa ajunga la planeta, o sonda spatiala mica s-a separat de Galileo si a intrat in atmosfera joviana. Dupa utilizarea unui scut termic pentru a frana, aceasta a deschis o parasuta si a coborat printre norii din atmosfera superioara a planetei timp de 58 de minute inainte ca presiunea sa devina indeajuns de mare pentru a o strivi. Intre timp, dupa ce Galileo a intrat pe orbita planetei, aceasta a inceput prima faza a planului de explorare, care se concentra asupra lui Jupiter in sine. Faza principala s-a incheiat in decembrie 1997, iar atunci a inceput o misiune de doi ani, in care nava spatiala si-a indreptat atentia asupra celor mai mari si mai interesanti sateliti ai planetei, Europa si Io. Aceasta misiune s-a extins pana in secolul 21.
Zborurile succesive pe langa Io si Europa au dezvaluit ca suprafata satelitului Io este refacuta in mod constant de forte vulcanice, si au oferit dovezi puternice ale faptului ca sub suprafata de gheata crapata a satelitului Europa se afla un ocean vast de apa sarata. Aceasta concluzie a plasat satelitul Europa aproape de topul listei cu locuri pe care oamenii de stiinta doresc sa le studieze mai in detaliu. In plus, datorita posibilitatii existentei vietii pe Europa, oamenii de stiinta de la NASA au decis sa prabuseasca sonda Galileo pe Jupiter, pentru a preveni ca aceasta sa se prabuseasca pe Europa si sa o contamIn 1997, NASA a lansat nava spatiala Cassini cu destinatia Saturn, in varful unei rachete puternice Titan IVineze cu bacterii.
Cassini este o nava spatiala mare dupa standardele actuale si a fost proiectata pe baza unora dintre greselile invatate de la Galileo. De exemplu, aceasta are o antena de comunicatii rigida, mai degraba decat cea de tip extensibil care a esuat in cazul navei Galileo. Cassini deasemenea include o mica sonda a Agentiei Spatiale Europene, numita Huygens, care sa coboare in atmosfera satelitului Titan. Cassini a ajuns pe Saturn in iulie 2004 si va orbita in jurul acesteia timp de cativa ani buni (pana in 2017), studiind planeta, inelele sale uimitoare si satelitii acesteia. La sfarsitul anilor 1990, NASA a propus alte doua nave spatiale pentru explorarea planetelor exterioare. Acestea erau Europa Orbiter si Pluto-Kuiper Express. Ambele misiuni au fost anulate in 2002, insa acestea vor renaste probabil in viitor, intr-o forma extrem de modificata.
