Lune e anelli sono tra gli oggetti più affascinanti del nostro sistema solare. Prima della Razza Spaziale degli anni '60, gli astronomi sapevano che Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano e Nettuno avevano lune; a quel tempo, solo Saturno era noto per avere anelli. Con l'avvento di migliori telescopi e sonde spaziali in grado di volare verso mondi lontani, gli scienziati hanno iniziato a scoprire molte più lune e anelli. Le lune e gli anelli sono in genere classificati come "satelliti naturali" che orbitano attorno ad altri mondi.
Per la maggior parte delle persone, l'oggetto che può essere visto nel cielo di notte (e talvolta durante il giorno) dalla Terra è ilLuna, ma la luna della Terra è solo una delle tante lune del sistema solare. Non è nemmeno il più grande. La luna di Giove Ganimede ha quell'onore. E oltre alle lune in orbita attorno ai pianeti, si sa che quasi 300 asteroidi hanno lune proprie.
Per convenzione, i corpi in orbita attorno ad altri pianeti e asteroidi sono chiamati "lune". Lune orbitano attorno a corpi che orbitano già attorno al Sole. Il termine tecnico è "satellite naturale", che li differenzia dai satelliti artificiali lanciati nello spazio dalle agenzie spaziali. Ci sono dozzine di questi satelliti naturali in tutto il sistema solare.
Lune diverse hanno storie di origini diverse. Ad esempio, gli astronomi sanno che la luna terrestre è costituita dagli avanzi di un'enorme collisione tra la Terra e un oggetto delle dimensioni di Marte chiamato Theia, che si è verificato all'inizio della storia del sistema solare. Tuttavia, le lune di Marte sembrano essere asteroidi catturati.
I materiali lunari vanno da materiale roccioso a corpi ghiacciati e miscele di entrambi. La luna terrestre è fatta di roccia (per lo più vulcanica). Le lune di Marte sono lo stesso materiale degli asteroidi rocciosi. Le lune di Giove sono in gran parte ghiacciate, ma con nuclei rocciosi. L'eccezione è Io, che è un mondo completamente roccioso, altamente vulcanico.
Le lune di Saturno sono prevalentemente di ghiaccio con nuclei rocciosi. La sua luna più grande, Titano, è prevalentemente rocciosa con una superficie ghiacciata. Le lune di Urano e Nettuno sono in gran parte ghiacciate. Il compagno binario di Plutone, Caronte, è prevalentemente roccioso con una copertura ghiacciata (come lo è Plutone). La composizione esatta delle sue lune più piccole, che sono state probabilmente catturate dopo una collisione, viene ancora elaborata dagli scienziati.
Gli anelli, un altro tipo di satelliti naturali, sono raccolte di particelle di roccia e ghiaccio che orbitano attorno a Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Gli anelli di Giove furono scoperti da Voyager 1e gli anelli di Urano e Nettuno furono esplorati da Voyager 2.
Almeno un asteroide, di nome Chariklo, ha anche un anello. L'anello di Cariklo è stato scoperto attraverso osservazioni terrestri. Alcuni pianeti, incluso Saturno, hanno lune in orbita all'interno dei sistemi ad anello. Queste lune sono talvolta chiamate "cani da pastore" perché agiscono per mantenere in posizione le particelle dell'anello.
I sistemi ad anello possono essere estesi e ben popolati, come Saturno. Oppure, possono essere diffusi e magri, come quelli di Giove, Urano, Nettuno e Chariklo. Lo spessore degli anelli di Saturno è solo di pochi chilometri, ma il sistema si estende da circa 67.000 chilometri dal centro di Saturno a oltre 13 milioni di chilometri nella massima misura. Gli anelli di Saturno sono fatti principalmente di acqua, ghiaccio e polvere. Gli anelli di Giove sono composti di materiale scuro e polveroso. Sono sottili e si estendono tra 92.000 e 226.000 chilometri dal centro del pianeta.
Gli anelli di Urano e Nettuno sono anch'essi oscuri e tenui. Si estendono per decine di migliaia di chilometri dai loro pianeti. Nettuno ha solo cinque anelli e il lontano asteroide Chariklo ha solo due sottili bande di materiale densamente popolate che lo circondano. Al di là di questi mondi, gli scienziati planetari sospettano che l'asteroide 2060 Chirone abbia un paio di anelli e anche un anello attorno al pianeta nano Haumea nella cintura di Kuiper. Solo il tempo e le osservazioni confermeranno la loro esistenza.
Le particelle di anello, che sono gli elementi costitutivi degli anelli, di solito sono molto più piccole delle lune. Sono fatti di polvere, pezzi di roccia e ghiaccio, tutti formati in anelli giganti attorno ai loro mondi primari. Ad esempio, Saturno ha milioni di particelle di anello, ma solo alcuni satelliti che sembrano essere moonlets. I moonlet hanno una forza gravitazionale sufficiente per esercitare una certa influenza sulle particelle dell'anello per mantenerle in linea mentre orbitano attorno al pianeta.
Ora che gli astronomi stanno trovando pianeti attorno ad altre stelle - chiamati esopianeti—È molto probabile che almeno alcuni avranno lune, e forse anche anelli. Tuttavia, questi sistemi di exomoon e exo-ring possono essere difficili da trovare, poiché i pianeti stessi - per non parlare delle loro potenziali lune e anelli - sono difficili da individuare a causa del bagliore delle loro stelle. Fino a quando gli scienziati non progetteranno una tecnica per rilevare gli anelli e le lune di pianeti lontani, continueremo a chiederci quale sia il mistero della loro esistenza.