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Todos los planetas del sistema solar, a excepción de Mercurio y Venus, tienen satélites, y por lo menos un asteroide, tiene también un compañero orbitante. Hay más de 50 satélites planetarios, algunos de ellos mayores que Plutón. En su mayoría el plano orbital coincide con la dirección del giro axial del planeta; los que no lo hacen fueron probablemente capturados por el planeta tras formar el sistema de satélites.

Aunque la Luna fue conocida desde antiguo, los astrónomos no se percataron de que otros planetas tienen también satélites hasta haber conocido las observaciones de Galileo a principios del siglo XVI.

Los dos satélites marcianos fueron descubiertos en 1977 por el astrónomo americano Asaph Hall. Llamados Phobos (miedo) y Deimos (pánico), por los mitológicos compañeros de Marte, fueron sólo unos puntitos de luz de magnitud 12 hasta que en los años 70 los midieron las sondas Mariner. La dimensión de Phobos es de unos 27 Km, mientras que Deimos no pasa de unos 15. Ambos son de forma irregular y están llenos de cráteres. En 1975-76, las observaciones de las misiones orbitales Viking revelaron que los dos satélites habían sufrido un intenso bombardeo meteórico. Su gran irregularidad tanto en forma como en tamaño y densidad hacen pensar que se trata de asteroides capturados. Phobos es el único satélite del sistema solar cuyo período orbital es inferior al rotacional de su planeta.

En 1610 Galileo y el astrónomo alemán Simon Marius descubrieron independientemente los cuatro satélites mayores de Júpiter, llamados satélites galileanos. De dentro hacia afuera se llaman: Ío, Europa, Ganímedes y Callisto. Varían en diámetro, de los 3126 km de Europa, a los 5276 km de Ganímedes, que es mayor que Mercurio y el mayor satélite del sistema solar.

Ío es, al parecer, lo más semejante al infierno del sistema solar; cuando el Voyager I pasó junto a Júpiter en 1979 descubrió que su superficie está cubierta de azufre (S). Es volcánicamente activo y manda al espacio estelas de material sulfúrico, que forman un toro alrededor de Júpiter. La ausencia de cráteres sugiere que la precipitación del azufre (S) renueva la superficie, la cual está así desde hace sólo un millón de años. Esa actividad se debe probablemente al calor producido por las fuerzas de atracción conjuntas de Júpiter, Europa y Ganímedes. Toda la superficie de Ío se alza y baja flexiblemente asta 100 metros cada 1/2 día. Se cree que tiene un núcleo de silicatos fundidos, y es de esa región central de donde surgen escapes de material plutónico de cientos de km de altura sobre su superficie. Esta se ve sometida a continuos bombardeos a cargo de partículas de alta energía de la magnetosfera de Júpiter.

Los satélites galileanos están inmersos en la magnetosfera. Al pasar por las líneas del intenso campo magnético de Júpiter, se crea una corriente eléctrica de 5 · 10⁶ amperios que fluye entre Ío y su planeta a lo largo de un tubo de fluxión, causante de fenomenos aurorales en el planeta. Europa es totalmente distinto a los otros tres, y uno de los astros con menos irregularidades superficiales del sistema solar. De superficie lustrosa, tiene pocos cráteres de más de 50 km de diámetro, lo cual sugiere que es relativamente joven. Las fisuras indican una expansión de la costra de hielo que lo cubre; bajo dicha costra se sospecha la existencia de un manto de silicatos, o de un gran océano de agua.

La superficie de Ganímedes es mucho más vieja, con muchos más cráteres en su capa de hielo, hendida en sus placas tectónicas, rasgos que sugieren que alguna vez su interior fue más activo, con mucho más calor en el interior de su manto. La corteza está congelada hasta unos 100 Km de profundidad, pudiendo tener agua helada, envolviendo un núcleo de silicatos.

El más exterior de los satélites es Callisto. Su órbita, 1.88 · 106 Km de Júpiter y su superficie es de un lodo oscuro, que posiblemente se congeló al formarse, batido hoy en dia por impactos de meteoritos. Al principio debio ser muy bombardeado, posee un sistema de anillos de 3000 Km de diámetro.Desde entonces, poco ha sucedido en Callisto capaz de alterar el aspecto de una corteza de hielo rocoso, que probablemente contenga un núcleo de silicatos envuelto en hielo blando.

Los siguientes satélites fueron descubiertos en 1892. Amaltea es el más interior de todos, (excluyendo cuerpos más pequeños hayados por la Voyager I). Se trata de un cuerpo rocoso de color rojo oscuro parecido a un asteroide. Las emanaciones de Ío pueden ser las causantes del color rojo. Todos los demás satélites son cuerpos menores, de unas decenas de kilómetros. Los cuatro más externos giran alrededor de Júpiter en sentido retrógrado, con órbitas muy complejas influidas por la gravedad solar. Muy probablemente sean asteroides capturados. Además de los satélites, hay muchos otros cuerpos en órbita alrededor de Júpiter.

El mayor de ellos, Titán, tiene 5120 km de diámetro y gira a 1.2 · 10⁶ km de distancia del planeta. Es el único satélite del sistema solar con una atmósfera de verdad, compuesta por nitrógeno (N) como demostraron los Voyager. Por su distancia al Sol, la superficie es fria, de unos 100 K, cubierta por mares de metano líquido (CH₄(l)). Se cree también que tiene una corteza helada y un manto que llega a una profundidad de 850 Km, sobre un núcleo de baja densidad.

Mimas es el satélite más interior, de 390 Km de diámetro esta lleno de cráteres. Un impacto dejó un cráter de casi un tercio de su diámetro. Le sigue Encélado, de 500 Km de diámetro. Tetis, que gira a 300000 Km de Saturno presenta una gran zanja a lo largo de su superficie; de 1050 Km de diámetro está cubierto de hielo mezclado con algún otro material rocoso.

Dione y Rea son dos satélites bastante parecidos. Dione tiene 1120 km de diámetro y Rea 1530. Los Voyager observaron en ambos muchos cráteres, así como capas de hielo. En la de Rea existen irregularidades superfuciales producidas por impactos, y en Dione ocurre lo mismo.

De los tres satélites periféricos (Hiperión, Japeto y Hebe), Japeto es el más interesante al variar su luminosidad en un factor seis a lo largo de su órbita. Esa fluctuación es debida a que un hemisferio esta cubierto de un material muy oscuro, mientras que el otro de un hielo muy reflejante. Hebe, el más distante, sigue una órbita muy excéntrica en sentido retrógrado. Hay más de una docena de satélites mucho más pequeños.

Tiene unos 25 satélites, de los cuales 5 son los más importantes. Miranda, tiene sólo 320 Km de diámetro, y es muy débil (magnitud 16.5) Gira a 130000Km de Urano. Tiene probablemente una densidad del 1.3 y se compone de agua helada con un núcleo sólido, características comunes a los otros cuatro: Ariel, Umbriel, Titania y Oberón. Titania es el mayor, con 1040 km de diámetro. Es improbable que alguno tenga atmósfera, pues tienen densidades muy bajas y la temperatura es extrema a esa distancia del Sol. Las bandas de los anillos indican la presencia de satélites pastores, dentro de ciertos límites.

Urano tiene un sistema de satélites bastante regular, pero el de Neptuno muestra signos de alguna catástrofe a lo largo de su historia. El mayor de sus satélites, Tritón, muestra una órbita inclinadísima, retrógrada e inestable. Su destino es integrarse cuando rebase el límite de Roche de Neptuno, dentro de cientos de millones de años. Con 3800 Km de diámetro y una densidad de dos o tres veces la del agua, gira a 355000 Km de Neptuno. El espectroscopio indica una superficie rocosa y no helada. Podría existir una tenue atmósfera de metano (CH₄).

Su otro satélite, Nereida es otro cuerpo asteroidal muy débil (magnitud 19), descubierto en 1949 por Kuiper. Su rasgo más notable es que sigue la órbita más laragada que ningún otro satélite. Alejandose hasta 1 · 10⁷ Km y acercándose hasta 1.4 · 10⁶Km. Tiene 940 Km de diámetro.

Durante muchos años se ignoraron las características físicas de Plutón, por su alejamiento de la Tierra. El descubrimiento de su satélite, Caronte, responde algunas de las preguntas. Plutón y Caronte forman la pareja más igualada del sistema solar. La masa de Caronte es 1/16 de la masa de Plutón, y su diámetro como un tercio del planeta. Tiene magnitud 17, y describe su órbita retrógrada a 20000Km de distancia del planeta, y su período orbital coincide con el rotacional de éste, por lo que Caronte ve siempre el mismo hemisferio de Plutón. Es probable que las interacciones gravitatorias hayan trabado a Caronte de modo que presente siempre la misma cara a Plutón. Fuera de sus características, al igual que de Plutón, se desconocen muchas cosas acerca de Caronte.