Les lunes et les anneaux sont parmi les objets les plus fascinants de notre système solaire. Avant la course à l'espace des années 1960, les astronomes savaient que la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune avaient des lunes; à cette époque, seul Saturne était connu pour avoir des anneaux. Avec l'avènement de meilleurs télescopes et de sondes spatiales capables de voler vers des mondes lointains, les scientifiques ont commencé à découvrir beaucoup plus de lunes et d'anneaux. Les lunes et les anneaux sont généralement classés comme des "satellites naturels" en orbite autour d'autres mondes.
Pour la plupart des gens, l'objet que l'on peut voir dans le ciel la nuit (et parfois pendant la journée) depuis la Terre est lelune, mais la lune de la Terre n'est qu'une des nombreuses lunes du système solaire. Ce n'est même pas le plus grand. La lune de Jupiter, Ganymède, a cet honneur. Et en plus des lunes en orbite autour des planètes, près de 300 astéroïdes sont connus pour avoir leurs propres lunes.
Par convention, les corps en orbite autour d'autres planètes et astéroïdes sont appelés «lunes». Les lunes orbitent sur des corps qui tournent déjà autour du soleil. Le terme technique est "satellite naturel", qui les différencie des satellites artificiels lancés dans l'espace par les agences spatiales. Il existe des dizaines de ces satellites naturels dans tout le système solaire.
Différentes lunes ont des histoires d'origine différentes. Par exemple, les astronomes savent que la lune de la Terre est constituée des restes d'une énorme collision entre la Terre et un objet de la taille de Mars nommé Theia, qui s'est produite au début de l'histoire du système solaire. Cependant, les lunes de Mars semblent être des astéroïdes capturés.
Les matériaux lunaires vont du matériau rocheux aux corps glacés et aux mélanges des deux. La lune de la Terre est faite de roche (principalement volcanique). Les lunes de Mars sont du même matériau que les astéroïdes rocheux. Les lunes de Jupiter sont en grande partie glacées, mais avec des noyaux rocheux. L'exception est Io, qui est un monde complètement rocheux et hautement volcanique.
Les lunes de Saturne sont principalement de la glace avec des noyaux rocheux. Sa plus grande lune, Titan, est principalement rocheuse avec une surface glacée. Les lunes d'Uranus et de Neptune sont en grande partie glacées. Le compagnon binaire de Pluton, Charon, est principalement rocheux avec une couverture glacée (tout comme Pluton). La composition exacte de ses petites lunes, qui ont probablement été capturées après une collision, est toujours en cours d'élaboration par les scientifiques.
Les anneaux, un autre type de satellites naturels, sont des collections de particules de roche et de glace en orbite autour de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Les anneaux de Jupiter ont été découverts par Voyager 1et les anneaux d'Uranus et de Neptune ont été explorés par Voyager 2.
Au moins un astéroïde, nommé Chariklo, a également un anneau. L'anneau de Cariklo a été découvert grâce à des observations au sol. Certaines planètes, dont Saturne, ont des lunes en orbite dans les systèmes d'anneaux. Ces lunes sont parfois appelées "chiens de berger" car elles agissent pour maintenir les particules de l'anneau en place.
Les systèmes d'anneaux peuvent être étendus et bien peuplés, comme Saturne. Ou, ils peuvent être diffus et minces, comme ceux de Jupiter, Uranus, Neptune et Chariklo. L'épaisseur des anneaux de Saturne n'est que de quelques kilomètres, mais le système s'étend d'environ 67 000 kilomètres du centre de Saturne à bien plus de 13 millions de kilomètres dans leur plus large mesure. Les anneaux de Saturne sont faits principalement d'eau, de glace et de poussière. Les anneaux de Jupiter sont composés d'un matériau sombre poussiéreux. Ils sont minces et s'étendent entre 92 000 et 226 000 kilomètres du centre de la planète.
Les anneaux d'Uranus et de Neptune sont également sombres et ténus. Ils s'étendent à des dizaines de milliers de kilomètres de leurs planètes. Neptune n'a que cinq anneaux, et l'astéroïde lointain Chariklo n'a que deux bandes étroites et densément peuplées qui l'entourent. Au-delà de ces mondes, les scientifiques planétaires soupçonnent que l'astéroïde 2060 Chiron a une paire d'anneaux, et aussi un anneau autour du planète naine Haumea dans la ceinture de Kuiper. Seuls le temps et les observations confirmeront leur existence.
Les particules d'anneau, qui sont les éléments constitutifs des anneaux, sont généralement beaucoup plus petites que les moonlets. Ils sont faits de poussière, de morceaux de roche et de glace, tous formés en anneaux géants autour de leurs mondes primaires. Par exemple, Saturne a des millions de particules annulaires, mais seulement quelques satellites qui semblent être des moonlets. Les moonlets ont suffisamment d'attraction gravitationnelle pour exercer une certaine influence sur les particules de l'anneau afin de les maintenir en ligne pendant leur orbite autour de la planète.
Maintenant que les astronomes trouvent des planètes autour d'autres étoiles - appelées exoplanètes- il est fort probable qu'au moins certains auront des lunes, et peut-être même des anneaux. Cependant, ces systèmes d'exomoon et d'exo-anneaux peuvent être difficiles à trouver, car les planètes elles-mêmes - sans parler de leurs lunes et anneaux potentiels - sont difficiles à repérer en raison de l'éclat de leurs étoiles. Jusqu'à ce que les scientifiques conçoivent une technique pour détecter les anneaux et les lunes de planètes éloignées, nous continuerons à nous interroger sur le mystère de leur existence.