Księżyce Układu Słonecznego są obiektami krążącymi wokół planet, planet karłowatych oraz planetoid. W przypadku planet karłowatych i planetoid bardzo często księżyce te traktowane są jako składniki układów podwójnych, ponieważ rozmiarami niewiele ustępują ciałom wokół których krążą (w rzeczywistości krążą wokół środka masy układu). Dotychczas odkryto 173 księżyce krążące wokół planet, 8 satelitów planet karłowatych (w tym 5 wokół samego Plutona) oraz 282 księżyce planetoid.
Porównanie wielkości wybranych księżyców względem Ziemi. Źródło: NASA.
Pierwszymi z odkrytych księżyców (nie wliczając ziemskiego) były cztery satelity Jowisza, które zostały zauważone przez Galileusza w 1610 r. Odkrycie było możliwe dzięki zastosowaniu lunety własnej konstrukcji, która dysponowała powiększeniem na poziomie dzisiejszych lornetek. Księżyce te nazywane są Galileuszowymi, a jeden z nich (Ganimedes) jest największym satelitą w całym Układzie Słonecznym. W drugiej połowie XVII wieku za pomocą wciąż ulepszanych teleskopów odkryto kolejnych 5 księżyców, tym razem były to obiekty okrążające Saturna. Ich odkrywcami byli Christiaan Huygens oraz Giovanni Cassini. Następne księżyce zauważono dopiero ponad 100 lat później, a dokonał tego William Herschell, który w latach 80 XVIII wieku odkrył dwa największe satelity Urana, oraz dwa lodowe księżyce Saturna. Kolejne dekady przynosiły zmiany w liczbie znanych księżyców, przy czym począwszy od lat 80 XX wieku odkrywano wiele małych obiektów za pomocą sond kosmicznych przebywających w pobliżu gazowych gigantów.
Zdjęcie Ganimedesa, jednego z księżyców Galileuszowych, wykonane w 1973 r. przez sondę Pioneer 10. Źródło: NASA.
Niemal wszystkie księżyce planet i planet karłowatych otrzymały nazwy po mitycznych postaciach, głównie wywodzących się z mitologii greckiej, a także nordyckiej, celtyckiej, inuickiej (niektóre obiekty Saturna) oraz mitologii ludów zamieszkujących Hawaje (Haumea). Odstępstwem od tej reguły są nazwy niektórych księżyców Urana, które nazwano po postaciach z utworów napisanych przez Szekspira oraz Alexandra Pope'a. Natomiast nazwy księżyców planetoid mają zróżnicowaną genezę.
Księżyce Układu Słonecznego można podzielić na kilka grup pod względem charakterystyki ich orbit. Wewnętrzne satelity, krążące stosunkowo blisko swoich planet, obiegają je w większości ruchem prostym, po niemal kołowych orbitach o niewielkim kącie nachylenia w stosunku do płaszczyzny równika swoich planet. Najczęściej poruszają się one ruchem synchronicznym, tj. jedna ich strona jest zawsze odwrócona w kierunku planety, analogicznie jak Księżyc względem Ziemi. Bardziej oddalone księżyce krążą często po mocno ekscentrycznych orbitach, o dużym nachyleniu w stosunku do płaszczyzny równika swoich planet, przy czym podzielić je można na satelity orbitujące ruchem wstecznym oraz te orbitujące ruchem prostym, tj. zgodnym z kierunkiem obrotu planety.
Powstanie księżyców nie jest do końca wyjaśnione. Zapewne część, zwłaszcza ta krążąca wokół gazowych gigantów, wykształciła się w pierwotnym dysku materii krążącym wokół formujących się planet. Pozostałe najprawdopodobniej są planetoidami przechwyconymi przez siły grawitacyjne planet, przy czym duża część z nich powstała wskutek kolizji między innymi obiektami. Część księżyców posiada na tyle dużą masę, że przybrała kulisty kształt i gdyby nie ich ruch obiegowy wokół planet, same postrzegane byłyby jako planety lub planety karłowate. Obecnie odkryto 19 takich obiektów, przy czym największym z nich jest Ganimedes, krążący wokół Jowisza. Na drugim miejscu plasuje się niewiele mniejszy Tytan Saturna. Oba księżyce są większe, jeśli chodzi o średnicę, od Merkurego. Jednak ich masa stanowi tylko ok. połowy masy planety, ponieważ zbudowane są w dużej mierze z lodu. Kilka księżyców przejawia aktywność geologiczną, co sprawia, że ich skorupa wygląda na stosunkowo młodą.
Księżyc Jowisza Io odznaczający się młodą geologicznie powierzchnią, powstałą w wyniku intensywnej aktywności wulkanicznej. Źródło: NASA/JPL.
Największe księżyce posiadają zróżnicowaną, warstwową budowę wewnętrzną, w której wyróżnić można jądro otoczone płaszczem, na którym spoczywa skorupa. Dwa księżyce, Io oraz Księżyc są ciałami zbudowanymi głównie ze skał, pozostałe zbudowane są co najmniej w 40% z lodu. Największe lodowe księżyce, posiadają pod swoją powierzchnią oceany, o różnej głębokości, które być może skrywają pierwotne formy życia. Wykrycie śladów istnienia żywych organizmów na niektórych satelitach jest jednym z głównych celów badawczych kilku planowanych misji dotyczących księżyców Jowisza i Saturna. Tylko jeden z księżyców, Tytan Saturna, posiada gęstą atmosferę (gęściejszą niż ziemska), przy czym pozostałe nie zawierają jej wcale, bądź jej warstwa jest na tyle rzadka, że technicznie niewiele różni się od próżni. Tytan jest również jedynym satelitą, na którym odkryto powierzchniowe zbiorniki cieczy, jednak w przeciwieństwie do ziemskich, wypełnione są węglowodorami.
Zdjęcie Tytana z widoczną, gęstą atmosferą księżyca. Źródło: NASA.
Najczęściej występującymi utworami na powierzchniach księżyców są kratery uderzeniowe, przy czym te spotykane na lodowych satelitach różnią się właściwościami od kraterów występujących na obiektach skalnych, np. takich jak Księżyc. Oprócz kraterów można również wyróżnić szereg innych utworów związanych z uderzeniami meteorytów oraz uskoki, wyżłobienia, klify i wniesienia będące wynikiem działalności tektonicznej. Na niektórych obiektach widoczne są również utwory charakterystyczne dla działalności wulkanicznej, w tym kriowulkanicznej.
Krater Herschel (po prawej) na powierzchni Mimasa. Jeden z najbardziej charakterystycznych kraterów w Układzie Słonecznym. Źródło: NASA.
Obecne informacje o księżycach uzyskano na wskutek badań prowadzonych zarówno przez teleskopy ziemskie i kosmiczne jak i w wyniku analizy danych przesyłanych przez sondy kosmiczne. Ziemski Księżyc zaczął być eksplorowany przez sondy już pod koniec lat 50 ubiegłego wieku. Pierwszymi sondami, które przesłały pierwsze, aczkolwiek niewyraźne, zdjęcia satelitów krążących wokół planet zewnętrznych były sondy Pioneer 10 oraz Pioneer 11, które pracowały głównie w latach 70 ubiegłego wieku. Następne dwie sondy Vogaer 2 oraz Voyager 2, przesłały szczegółowe informacje o wielu księżycach Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Kolejne, już wyspecjalizowane misje, dedykowane były Jowiszowi i jego księżycom (misja Galileo), Saturnowi i jego satelitom (misja Cassini-Huygens) oraz Plutonowi i jego księżycom (sonda New Horizons). W przyszłości planowane są głównie projekty mające za cel zbadanie największych księżyców Jowisza i Saturna, uważanych jako obiekty gdzie mogło rozwinąć się życie.
Zdjęcie Charona wykonane przez sondę New Horizons w 2015 r. Źródło: NASA-JHUAPL-SWRI.
Grzegorz Iwanicki