除了我们太阳系的两颗行星外，所有行星都有一种或另一种天然卫星。地球自己的月球，一个美丽而荒凉的死寂世界，由古老的火山和无数的撞击坑塑造而成，无疑是最熟悉的，但它远不是最有趣的。太阳系外的每颗巨行星都伴随着大量的卫星，其中许多卫星与承载它们的行星同时形成，并由相同的富含冰的物质形成。尽管远离太阳并且缺乏太阳的热量和光线，但它们仍然表现出与行星本身一样多的多样性。
在这里，我们将前往参观这些令人惊叹的世界中一些最奇怪和最令人兴奋的世界。有些人，如木星的木卫四和土星的 土卫一，一直数十亿年冻实，却承担着暴露于太空轰炸非凡的疤痕。其它如土星的卫星牧羊人潘和Atlas和海王星的孤独海卫，已经在其整个历史与他们的邻居相互作用的影响。最令人兴奋的是，其中一些奇异的世界被来自它们母行星的强大潮汐力加热，引发了剧烈活动的阶段，就像塑造米兰达的那些阶段一样，天王星的科学怪人卫星。在某些情况下，这些力量今天仍在发挥作用，创造出迷人的天体，例如木星饱受折磨的木卫一和土星冰冷的土卫二，它们平静的外表甚至可能隐藏着太阳系最大的秘密：外星生命本身。
自从美国宇航局的卡西尼号探测器于 2004 年抵达土星以来，这颗环状行星的内部小卫星土卫二已成为整个太阳系中研究和争论最激烈的星球之一。它的新名声归功于发现了巨大的水冰羽流沿着其南半球的裂缝喷发到太空中——这是液态水潜伏在月球薄而冰冷的外壳之下的明确迹象。
由于早期图像显示月球表面异常明亮，陨石坑看起来像是被雪覆盖，因此在卡西尼号到达之前就怀疑土卫二的奇怪活动。尽管如此，冰羽的发现——最初是在卡西尼号直接飞过时发现的——是对土卫二是一个活跃的世界的壮观证实。
土卫二的直径为 313 英里（504 公里），由岩石/冰组成，应该在数十亿年前冻结固体，就像土星系统中的许多邻居一样。但是由土星和更大的卫星Dione之间的引力拉锯战引起的潮汐力使月球内部保持温暖和活跃，使其成为寻找太阳系生命的主要目标。
当大部分水冰落回覆盖表面时，大量水冰从弱引力中逃脱并进入土星轨道。在这里，它展开形成甜甜圈形状的 E 环——土星主要环的最外层和最稀疏的环。
作为木星伽利略卫星的最外层，卡利斯托是太阳系中第三大卫星，仅比水星稍小。它的主要名声是太阳系中撞击坑最多的天体的称号。它黑暗的表面布满了能见度极低的陨石坑，其中最深的陨石坑从下面露出了新鲜的冰，表面散布着明亮的“喷射物”碎片。
卡利斯托的陨石坑表面归因于它在木星系统中的位置——这颗巨大行星的引力产生了强大的影响，扰乱了经过彗星的轨道，并经常将它们拖向厄运，最引人注目的是 1994 年舒梅克-列维 9 彗星的撞击。
木星较大的卫星直接在火线中，最终吸收的影响超过了它们应有的份额，但卡利斯托的内部邻居——受更大潮汐力的影响——都经历了地质过程，抹去了大部分古老的陨石坑。然而，卡利斯托的表面在超过 45 亿年的时间里基本上保持不变，形成了跨越亿万年的重叠陨石坑的密集景观。
243 Ida 是一颗被指定为小行星的小行星，其最长轴上的卫星直径仅为 0.99 英里（1.6 公里）。由于较大的小行星引力较弱，Dactyl 不太可能是一个被捕获到轨道上的物体，但替代方案——Ida 和 Dactyl 彼此并排形成——引发了与它回答一样多的问题。
艾达是科罗尼斯家族的主要成员，该家族拥有 300 多颗小行星，所有小行星的轨道都相似。这个家族被认为是在 1 或 20 亿年前的一次小行星碰撞中形成的。Dactyl 可能是碰撞产生的较小碎片碎片，最终进入 Ida 轨道，但存在一个问题——计算机模型表明 Dactyl 几乎肯定会被另一颗小行星的撞击摧毁。
那么它怎么可能超过十亿年呢？
一种理论认为，科罗尼斯家族比看起来更年轻，而艾达的严重陨石坑是由于最初分裂时引发的一场冲击风暴造成的。另一种理论是 Dactyl 遭受了破坏性撞击，但正如美国宇航局发现的那样，它已将自己拉回到其轨道上——这可能解释了它令人惊讶的球形形状。
Iapetus有两个不同的主张，可以在任何奇怪卫星列表中占有一席之地。第一个在 1671 年被发现时变得明显——与另一侧相比，从其轨道的一侧看，它要暗得多。它的前半球——当它绕土星运行时面向“向前”的一半——是深棕色的，而它的后半球是浅灰色的。一种解释颜色差异的早期理论是，前部被微小的陨石撞击小外卫星产生的灰尘覆盖，这些卫星旋转向土星，正如美国宇航局发现的那样。
然而，卡西尼号的图像揭示了一个更复杂的故事。大多数黑暗物质似乎来自土卫六内部，当来自月球表面的尘埃冰升华时作为黑暗“滞后”留下——从固体变成蒸气。这个过程很可能是由来自外卫星的尘埃聚集在前导半球开始的，但一旦开始，黑暗表面吸收热量的趋势就会导致失控的升华效应。
土卫八还被赤道山脊环绕，赤道山脊高 8 英里（13 公里），宽 12 英里（20 公里），使月球具有独特的胡桃木形状。这条山脊的起源令人费解——一些理论认为它是土卫二跨越速度更快并在赤道突出时的“化石”，而其他人则认为它可能是曾经环绕月球并坍塌的环形系统的碎片到它的表面。
海卫二是发现的第二颗围绕海王星运行的卫星，它的名声来自它的极端轨道。Nereid 与海王星的距离在 870,000 到 600 万英里（140 万到 970 万公里）之间。这个轨道通常是捕获卫星的典型特征——小行星和彗星被巨大的外行星的引力扫入高度偏心的轨道——但海卫二异常大的尺寸暗示了一个更有趣的故事。
来自航海者 2 号1989 年飞越的证据表明，海卫一是从附近的柯伊伯带捕获到轨道上的。海卫一会扰乱海王星原始卫星的轨道，将其中的许多卫星驱逐出去。但许多天文学家认为，海卫一可能是幸存者，紧紧抓住海王星引力的边缘。
木卫一是围绕太阳系最大行星木星运行的四颗巨大伽利略卫星中最里面的一颗。但是，虽然外面的三个——至少在表面上——是平静、冰冻的岩石和冰世界，但艾奥的景观是黄色、红色和棕色的恶毒混合体，充满了硫磺溢出到其上形成的奇异且不断变化的矿物结构。多种形式的表面。艾欧是太阳系中火山最多的世界。艾奥奇怪的表面是在 1970 年代初期的先驱者太空探测器飞越期间首次观察到的，但它的火山性质仅在 1979 年航海者一号任务到达前几周才被预测。
月球陷入了它的外围邻居和木星本身之间的引力拉锯战，这阻止了它的轨道进入一个完美的圆圈。艾奥与木星距离的微小变化——其轨道变化小于 0.5%——会产生巨大的潮汐力，从各个方向冲击月球内部。相互磨擦的岩石由于摩擦而升温，使月球的核心保持熔融状态，并在地下形成巨大的岩浆库。
虽然艾奥的大部分岩石都是类似于地球上的硅酸盐，但它们具有相对较高的熔点，因此大部分在位于地表以下数十公里的热岩浆海洋中熔化——相比之下，艾奥的大部分表面活动涉及可以在较低温度下保持熔融状态的富含硫的岩石。
这两种形式的火山作用早已驱散了艾欧最初拥有的任何冰物质，留下了一个干旱无冰的世界，尽管平均地表温度为 -256 华氏度（-160 摄氏度）。
Hyperion是太阳系中外观最奇怪的卫星，它的表面类似于海绵或珊瑚，带有深而暗的坑，边缘是由明亮的岩石和冰构成的锋利的山脊。但这并不是海波龙唯一奇怪的地方：它是第一个被发现的非球面卫星，并且有一个明显偏心的轨道。
它没有将其旋转与其轨道周期相匹配，而是以一种混乱的模式旋转，其旋转轴不可预测地摆动。像外太阳系中的所有卫星一样，它主要由水冰构成，但其表面异常黑暗。当卡西尼号飞过它时，它测量出它的密度是水的 55%——它的内部大部分是空的。
一个解释这些奇怪特征的流行理论是，海波龙是一颗更大卫星的幸存残余物，该卫星曾经在泰坦和土卫六之间绕轨道运行，并且在很大程度上被一颗大彗星的碰撞所摧毁。在稳定轨道中幸存下来的物质然后再次聚集在一起，创造了我们所知道的海波龙。
土星最大的卫星泰坦在太阳系中是独一无二的，它是唯一一颗拥有丰富大气层的卫星——这一发现让美国宇航局的科学家感到沮丧，因为航海者号探测器的图像只显示了一个朦胧的橙色球。卡西尼号轨道飞行器配备了红外线和雷达仪器，可以穿透不透明的大气层，展现出与太阳系中除地球之外的任何其他世界不同的河流和湖泊的柔和景观。尽管比水星大，但由于深冷，泰坦只能保持其厚厚的大气层。在距离太阳约 9 亿英里（14 亿公里）的地方发现，月球的平均表面温度是零下的 -179 摄氏度（-290 华氏度）。
泰坦的大气主要是惰性气体氮气——也是地球空气的主要成分——但它的独特颜色、不透明的薄雾和云团来自相对较小比例的甲烷。令人惊讶的是，土卫六上的条件恰好适合甲烷在其气态、液态和固态之间转换，从而产生与塑造地球气候的水循环非常相似的“甲烷循环”。在寒冷的条件下，甲烷以霜和冰的形式冻结在表面上。在温和的温度下，它会凝结成液滴并随着雨水落下，侵蚀和软化景观，然后在湖泊中积聚，而在较温暖的地区，它会蒸发并返回大气。
泰坦经历的季节变化与我们星球上的季节变化非常相似，尽管它的年份是 29.5 个地球年。冬季极地的温度似乎有利于降雨，因此每个泰坦纪年，湖泊都会从一个极点迁移到另一个极点。通过所有这些活动，泰坦是寻找外星生命的一个有趣目标，尽管大多数生物学家发现很难想象在如此恶劣和化学有限的条件下可能存在的生物，并且大多数同意泰坦的水内邻居土卫二提供了更多美好的生活前景。
米兰达是太阳系中最奇怪的世界之一。航海者号图像揭示了异常拼凑的地形，似乎是随机组合在一起的。有些部分坑坑洼洼，有些则相对没有坑——表明它们很年轻，因为它们较少受到轰炸。一个突出的特征是类似赛道的同心椭圆图案，而在其他地方平行的 V 形形成了人字形的疤痕。
解释米兰达混乱外观的早期理论是，它是一个弗兰肯斯坦世界——来自一颗前卫星的碎片集合，这些碎片在围绕天王星的轨道上合并。天文学家想知道米兰达的前任是否可能被行星际撞击粉碎，以及这一灾难性事件是否可能以某种方式与天王星自身的极端倾斜有关。然而，进一步的研究表明，当试图解释米兰达的表面特征组合时，这样的理论会失败，并且不太可能产生正确的影响。相反，潮汐力是罪魁祸首似乎是合理的。
今天米兰达沿着一条几乎是圆形的轨道运行，但在过去，它的轨道与更大的卫星 Umbriel 处于“共振”关系。这使两颗卫星频繁对齐，将米兰达的轨道拉成一个细长的椭圆，经历了极端的潮汐力。从内部推、拉和加热，在卫星再次移动和米兰达的活动平息之前，它的表面破碎并重新排列。
当美国宇航局的航海者太空探测器在 1980 年代发回了土卫一的第一张详细图像时，科学家和公众对其与星球大战中死星的相似之处感到震惊。一个巨大的陨石坑——以威廉·赫歇尔( William Herschel) 的名字命名，他于 1789 年发现了月球——占据了一个半球，它的大小和形状几乎与乔治·卢卡斯 (George Lucas) 多年前梦想的杀死行星的激光盘完全相同。但 Mimas 提供的不仅仅是流行文化参考。
土卫一是土星实质性卫星的最里面——比土卫二更近，但比潘和阿特拉斯更远——它的直径只有 246 英里（396 公里），是太阳系中已知的最小的物体，它把自己拉进了由自身重力形成的球形。一些较大的太阳系天体还没有完全做到这一点，大多数天文学家都同意，由于月球的密度低——仅比水大 15%，因此只有土卫一才有可能。
在土星的卫星，潘和Atlas，是太阳系中最小的卫星。然而，尽管它们的尺寸很大，但它们的影响可以从地球上以它们在行星环系统中产生的突出“间隙”的形式清楚地看到。
这两个小世界可能是牧羊卫星最著名的例子——在巨行星环系统内或周围运行的小型卫星。顾名思义，当加上遥远的外卫星的影响时，这些卫星有助于将在环系统中运行的粒子聚集在一起，同时“清除”其他粒子。Pan 负责创造 Encke Gap，这是土星明亮的 A 环中的一个突出部分，而阿特拉斯则在 A 环外运行。
这两个世界最有趣的特性是它们光滑的形状，类似于胡桃木或飞碟。美国宇航局喷气推进实验室的邦妮·布拉蒂认为，卫星被小颗粒覆盖，因为它们保持环之间的空间清晰。由于大多数粒子在一个 0.6 英里（1 公里）厚的平面上运行，它们往往会堆积在每个卫星的赤道周围，形成一个独特的赤道脊。
