Księżyc (naturalny satelita) jest ciałem niebieskim obiegającym planetę, planetę karłowatą lub planetoidę. Stwierdzenie to jest pewnym uproszczeniem, gdyż zarówno księżyce, jak i ciała z którymi są grawitacyjnie związane (np. planety), krążą wokół wspólnego centrum masy układu. Biorąc jednak pod uwagę dominację masywniejszego spośród tych obiektów, wspólne centrum masy tych ciał zazwyczaj znajduje się wewnątrz obiektu dominującego. Pojęcie „księżyc” pisane wielką literą odnosi się do naturalnego satelity Ziemi.
W Układzie Słonecznym odkryto do tej pory 176 naturalnych satelitów planet i około 230 naturalnych satelitów planetoid. Również 3 spośród planet karłowatych ma księżyce – najwięcej Pluton (5). Wśród planet wewnętrznych księżyce ma tylko Ziemia (1 ale duży) oraz Mars (2 – niewielkie, o średnicy kilkudziesięciu km). Planety zewnętrzne posiadają całe systemy naturalnych satelitów – najwięcej ma ich Jowisz (66); Saturn ma 62 księżyce, Uran – 27, a Neptun 13.
Księżyce są bardzo zróżnicowanymi ciałami niebieskimi. Ich rozmiary zawierają się w szerokim zakresie od kilku do kilku tysięcy km średnicy. Do największych z nich (o średnicy powyżej 2000 km) należą odkryte przez Galileusza 4 księżyce Jowisza: Ganimedes, Kallisto, Io i Europa. Ich nazwy wywodzą się z mitologii greckiej i odnoszą się do kochanków Zeusa (Jowisza). Inne równie duże naturalne satelity w Układzie słonecznym to: ziemski Księżyc, satelita Saturna – Tytan oraz Tryton, księżyc Neptuna. Duże księżyce mają kształt bliski kulistemu i dzielą się na kilka wewnętrznych warstw: skorupę, płaszcz i jądro. Mniejsze księżyce są często nieregularnymi bryłami. Księżyc ziemski oraz Ganimedes i Io są podobne do planet skalistych i zbudowane głównie z krzemianów. Pozostałe księżyce są zbudowane przede wszystkim z lodu. Największe z księżyców posiadają atmosfery, poza Tytanem bardzo jednak rzadkie.
 |
| Europa - księżyc Jowisza (źródło: photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00502) |
Część księżyców powstała prawdopodobnie z zagęszczenia materiału dysku protoplanetarnego, z którego powstała sama planeta. Obiegają one planety w kierunku zgodnym z kierunkiem ich obiegu wokół Słońca, kształt ich orbit jest prawie kolisty, a sama orbita jest zbliżona do płaszczyzny równika planety. Wiele księżyców ma jednak orbity zmienne, silnie eliptyczne, oddalone od planet, a czasami – jak Księżyc Neptuna, Tryton – obiegają planetę w kierunku przeciwnym do tego, w którym ta obiega Słońce. Takie księżyce są przypuszczalnie obiektami obcymi, przechwyconymi przez pole grawitacyjne planety. Księżyce obracają się też wokół własnej osi. Ruch obrotowy większości księżyców jest synchroniczny z ruchem planet. Dlatego z powierzchni Ziemi możemy obserwować tylko jedną stronę Księżyca.
Ganimedes – księżyc Jowisza – jest największym księżycem w Układzie Słonecznym. Jego średnica jest większa od 5250 km. Wewnątrz znajduje się żelazne jądro, okryte krzemianowym płaszczem i warstwami lodu, pod którym być może znajduje się ocean ciekłej wody. Jako jedyny naturalny satelita w układzie Słonecznym wytworzył pole magnetyczne.
Tytan – największy księżyc Saturna – ma średnicę około 5150 km. Tytan to jeden z księżyców lodowych. Pod grubą warstwą lodu na powierzchni istnieje ocean wody ciekłej, a w centrum jądro złożone ze skał zmieszanych z wodą. Na powierzchni występują między innymi jesiora ciekłego metanu. Satelita ten posiada gęstą atmosferę, gęstszą od atmosfery ziemskiej. Składa się ona głównie z azotu (>98%) z domieszkami argonu, metanu i związków organicznych takich jak: etan i acetylen. Przypuszcza się, że jej skład jest podobny do atmosfery ziemskiej sprzed 4 mld lat. Związki zawarte w atmosferze Tytana przepuszczają jednak niewiele energii słonecznej do powierzchnie księżyca. To w połączeniu z dużą odległością od Słońca powoduje, że średnia temperatura atmosfery przy powierzchni wynosi prawie -180°C. Niskie temperatury powodują, że powstanie życia na Tytanie jest mało prawdopodobne, chociaż na taką możliwość wskazuje duża ilość związków organicznych na Tytanie.
 |
| Fobos - księżyc Marsa (źródło: www.nasa.gov/mission_pages/MRO/multimedia/pia10368.html) |
Kallisto to trzeci co do wielkości księżyc w Układzie Słonecznym i jednocześnie drugi pod względem wielkości księżyc Jowisza. Ma średnicę większą niż 4800 km i spośród 4 księżyców odkrytych przez Galileusza położony jest najdalej od planety. Składa się głównie z lodu. Wewnątrz być może istnieje woda w stanie ciekłym, a w głębi mieszanka krzemianów (skał) z wodą. Satelita nie wykazuje aktywności geologicznej.
Io – najbardziej wewnętrzny księżyc Jowisza – ma średnicę równą prawie 3650 km. Składa się głównie z krzemianów; ma więc stosunkowo dużą gęstość (3,53 g/m3), niewiele mniejszą od gęstości planet skalistych. Prawdopodobnie ma złożoną strukturę wewnętrzną, podobnie do Ganimedesa. Oddziaływanie grawitacyjne pobliskiego Jowisza powoduje, że jest to najbardziej aktywne wulkanicznie ciało Układu Słonecznego. Produkty erupcji (gł. siarka) zabarwiają powierzchnię księżyca na żółto, pomarańczowo, czerwono, a nawet zielono.
Księżyc to jedyny naturalny satelita Ziemi i jeden z 3 księżyców planet wewnętrznych. Ma średnicę równą prawie 3500 km (nieco ponad 25% średnicy Ziemi) i masę ponad 70 trylionów ton (nieco powyżej 1% masy Ziemi). Leży w odległości ponad 384 tys. km od Ziemi i obiega ją w okresie nieco ponad 27 dni. Z okresem obiegu Ziemi przez Księżyc wiąże się podział roku na miesiące. Powstał prawdopodobnie na skutek zderzenia pierwotnej proto-Ziemi z ciałem niebieskim o wielkości Marsa. Jego powierzchnię znaczą liczne kratery zderzeniowe. Jest to jedyne pozaziemskie ciało Układu Słonecznego, na którym stanęła stopa ludzka.
Europa – księżyc Jowisza o średnicy ponad 3100 km i gęstości około 3 g/cm3 – również ma złożoną strukturę wewnętrzną. Wewnątrz znajduje się żelazne jądro i krzemianowego płaszcza. Powierzchnię okrywa lód, pod którym znajduje się ocean wody o głębokości nawet 90 km. Przypuszcza się, że na jego dnie występować mogą kominy hydrotermalne. Biorąc pod uwagę to, że w podobnym środowisku mogły powstać jedne z pierwszych organizmów żywych na Ziemi, jest to jeden z bardziej obiecujących obszarów pod względem poszukiwań życia pozaziemskiego.
Tryton – największy z księżyców Neptuna – ma średnicę większą od 2700 km. Składa się on prawdopodobnie w około ¾ z materiału skalnego i w ¼ z lodu. Tryton był prawdopodobnie w przeszłości obiektem pochodzącym z Pasa Kuipera przechwyconym przez pole grawitacyjne Neptuna. Wskazuje na to wsteczny kierunek ruchu księżyca wokół planety w stosunku do kierunku jej ruchu obiegowego wokół Słońca oraz duży kąt (157°) między płaszczyzną jego orbity a płaszczyzna równika Neptuna. Jest jednym z niewielu aktywnych geologicznie księżyców w Układzie Słonecznym. Stąd w jego rzadkiej atmosferze występują takie gazy jak: amoniak, metan i dwutlenek węgla.