Księżyce i pierścienie należą do najbardziej fascynujących obiektów w naszym Układzie Słonecznym. Przed wyścigiem kosmicznym w latach 60. astronomowie wiedzieli, że Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran i Neptun mają księżyce; w tym czasie tylko Saturn był znany z pierścieni. Wraz z pojawieniem się lepszych teleskopów i sond kosmicznych, które mogłyby latać w odległe światy, naukowcy zaczęli odkrywać znacznie więcej księżyców i pierścieni. Księżyce i pierścienie są zazwyczaj klasyfikowane jako „naturalne satelity”, które krążą wokół innych światów.
Dla większości ludzi obiekt, który można zobaczyć na niebie w nocy (a czasem w ciągu dnia) z Ziemi to księżyc, ale księżyc Ziemi jest tylko jednym z wielu księżyców w Układzie Słonecznym. To nie jest nawet największy. Księżyc Jowisza Ganymede ma ten zaszczyt. Oprócz księżyców krążących wokół planet prawie 300 asteroid ma własne księżyce.
Zgodnie z konwencją ciała krążące wokół innych planet i asteroid nazywane są „księżycami”. Księżyce krążą wokół ciał, które już krążą wokół Słońca. Termin techniczny to „naturalny satelita”, który odróżnia je od stworzonych przez człowieka satelitów wystrzelonych w kosmos przez agencje kosmiczne. Istnieją dziesiątki tych naturalnych satelitów w całym Układzie Słonecznym.
Różne księżyce mają różne historie pochodzenia. Na przykład astronomowie wiedzą, że księżyc Ziemi powstaje z resztek ogromnego zderzenia Ziemi z obiektem wielkości Marsa o nazwie Theia, który miał miejsce na początku historii Układu Słonecznego. Jednak księżyce Marsa wydają się być schwytanymi asteroidami.
Materiały księżycowe wahają się od materiałów skalistych po lodowate ciała i ich mieszanki. Księżyc na Ziemi jest zbudowany ze skały (głównie wulkanicznej). Księżyce Marsa są z tego samego materiału co skaliste asteroidy. Księżyce Jowisza są w dużej mierze lodowate, ale mają skaliste rdzenie. Wyjątkiem jest Io, który jest całkowicie skalistym, wysoce wulkanicznym światem.
Księżyce Saturna to głównie lód ze skalistymi rdzeniami. Jego największy księżyc, Titan, jest głównie skalisty z lodową powierzchnią. Księżyce Urana i Neptuna są w dużej mierze lodowate. Binarny towarzysz Plutona, Charon, jest głównie skalisty z lodowym pokryciem (podobnie jak Pluton). Dokładny skład jego mniejszych księżyców, które prawdopodobnie zostały schwytane po zderzeniu, jest wciąż opracowywany przez naukowców.
Pierścienie, inny rodzaj naturalnych satelitów, to zbiory cząstek skał i lodu, które krążą wokół Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Pierścienie Jowisza zostały odkryte przez Voyager 1, a pierścienie Urana i Neptuna zostały zbadane przez Voyager 2.
Co najmniej jedna asteroida o imieniu Chariklo ma również pierścień. Pierścień Cariklo został odkryty na podstawie obserwacji naziemnych. Niektóre planety, w tym Saturn, mają księżyce krążące wokół układów pierścieniowych. Księżyce te są czasem nazywane „owczarkami”, ponieważ działają na rzecz utrzymania cząsteczek pierścienia na miejscu.
Systemy pierścieniowe mogą być rozległe i dobrze zaludnione Saturna. Lub mogą być rozproszone i cienkie, jak u Jowisza, Urana, Neptuna i Chariklo. Grubość pierścieni Saturna wynosi zaledwie kilka kilometrów, ale układ rozciąga się od około 67 000 kilometrów od centrum Saturna do ponad 13 milionów kilometrów w największym stopniu. Pierścienie Saturna zbudowane są głównie z wody, lodu i pyłu. Pierścienie Jowisza składają się z zakurzonego ciemnego materiału. Są cienkie i rozciągają się między 92 000 a 226 000 kilometrów od centrum planety.
Pierścienie Urana i Neptuna są również ciemne i wątłe. Rozciągają dziesiątki tysięcy kilometrów od swoich planet. Neptun ma tylko pięć pierścieni, a odległa asteroida Chariklo ma tylko dwa wąskie, gęsto zaludnione pasma materiału wokół niego. Poza tymi światami planetolodzy podejrzewają, że asteroida 2060 Chiron ma parę pierścieni, a także jeden pierścień wokół planeta karłowata Haumea w Pas Kuipera. Tylko czas i obserwacje potwierdzą ich istnienie.
Cząstki pierścieniowe, które są elementami składowymi pierścieni, są zwykle znacznie mniejsze niż księżycowe. Są zbudowane z pyłu, kawałków skały i lodu, wszystkie uformowane w gigantyczne pierścienie wokół ich pierwotnych światów. Na przykład Saturn ma miliony cząstek pierścienia, ale tylko kilka satelitów, które wydają się być księżycami. Moonlety mają wystarczającą siłę przyciągania grawitacyjnego, aby wywrzeć pewien wpływ na cząsteczki pierścienia, aby utrzymać je w linii podczas orbitowania planety.
Teraz, gdy astronomowie znajdują planety wokół innych gwiazd - zwanych egzoplanety- jest bardzo prawdopodobne, że przynajmniej niektóre będą miały księżyce, a może nawet pierścienie. Jednak te układy egzomoonu i egzo-pierścieni mogą być trudne do znalezienia, ponieważ same planety - nie mówiąc już o ich potencjalnych księżycach i pierścieniach - są trudne do wykrycia ze względu na blask ich gwiazd. Dopóki naukowcy nie opracują techniki wykrywania pierścieni i księżyców odległych planet, będziemy nadal zastanawiać się nad tajemnicą ich istnienia.