Sonne

Auf die Sonne entfallen 99,8 Prozent der Masse des Sonnensystems; acht Planeten, alle Monde, sämtliche Asteroiden und Kometen teilen sich den Rest. Sie hat mehr als 330.000 Erdmassen und den 109-fachen Erdradius, aber keine Oberfläche im eigentlichen Sinn: Was wir als Rand sehen, ist die Schicht, ab der das Gas durchsichtig wird. Ihre mittlere Dichte von 1,408 g/cm³ liegt trotz des extrem verdichteten Kerns nur knapp über der von Wasser.

Die Energiequelle ist Kernfusion im Zentrum. Dort verschmilzt Wasserstoff zu Helium, bei etwa 15 Millionen Grad Celsius und einer Dichte von rund 150 g/cm³ — dem Zehnfachen von Gold. Die Sonne wandelt dabei 4,26 Milliarden Kilogramm Masse pro Sekunde in Strahlung um und leistet 3,828 × 10^26 Watt. Das Licht dieser Reaktion braucht 8 Minuten und 19 Sekunden bis zur Erde; ein Blick zur Sonne zeigt immer ihren Zustand von vor acht Minuten.

Sichtbar ist nur die Photosphäre, eine Schicht von etwa 500 Kilometern — kaum ein Tausendstel des Sonnenradius. Nach außen fällt die Temperatur in ihr von 6600 auf 4400 Kelvin. Darüber steigt sie wieder an: Die Korona erreicht bis zu zwei Millionen Grad Celsius und ist damit weit heißer als die Oberfläche, unter der sie liegt. Wie die Energie diesen Sprung gegen das Temperaturgefälle schafft, ist bis heute nicht abschließend erklärt.

Weil die Sonne kein fester Körper ist, hat sie keine einheitliche Rotationsdauer: Der Äquator dreht sich in rund 25 Tagen, die Polregionen brauchen etwa 36. Ihre Achse steht 7,25 Grad gegen die Ekliptik geneigt, die Sonnenflecken kehren im Mittel alle 11,4 Jahre wieder. Nach Atomen gezählt besteht die Sonne zu etwa 92 Prozent aus Wasserstoff und zu 8 Prozent aus Helium; alles Schwerere zusammen bleibt unter 5 Prozent. Ihr Alter wird auf 4,6 Milliarden Jahre geschätzt.

Jede Sekunde verwandelt die Sonne 4,26 Milliarden Kilogramm ihrer selbst in Strahlung — und tut das seit 4,6 Milliarden Jahren.

Radius

695700 km

Masse

1.98841e+30 kg

Schwerkraft

274 m/s²

Rotation

609.12 h

Mitteltemperatur

5499 °C

Atmosphäre

Photosphäre aus Wasserstoff und Helium, effektive Temperatur 5772 K; Korona bis 2 Millionen °C

Entdeckung

seit der Vorzeit bekannt

ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='10'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · science.nasa.gov/sun/facts/ · solarscience.msfc.nasa.gov/interior.shtml · imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/sun1.html · acd-ext.gsfc.nasa.gov/anonftp/acd/daac_ozone/Lecture4/Text/Lecture_4/chemINsunsATM.html

Merkur

Merkur ist der kleinste Planet des Sonnensystems und der sonnennächste. Er umläuft die Sonne schneller als jeder andere Planet, im Mittel mit 47,4 Kilometern pro Sekunde. Seine Bahn ist zugleich die exzentrischste aller Planeten: Bei einer Exzentrizität von 0,2056 schwankt der Sonnenabstand zwischen 46 und 70 Millionen Kilometern. Die Bestrahlungsstärke ändert sich dadurch im Lauf eines einzigen Jahres um mehr als das Doppelte, von 14.462 auf 6278 Watt pro Quadratmeter.

Rotation und Umlauf sind fest aneinander gekoppelt: Auf zwei Umläufe kommen exakt drei Eigendrehungen, eine 3:2-Spin-Bahn-Resonanz. Für einen Beobachter auf der Oberfläche verschiebt das den Tagesrhythmus vollständig — von einem Sonnenaufgang bis zum nächsten vergehen 175,942 Tage, also zwei volle Merkurjahre. Die Achse steht nur gut zwei Bogenminuten geneigt; Jahreszeiten gibt es deshalb praktisch keine, den Rhythmus gibt allein der Wechsel von Tag und Nacht vor.

Eine Atmosphäre kann Merkur nicht halten. Was ihn umgibt, ist eine Exosphäre, die Sonnenwind und Meteoriteneinschläge laufend aus der Oberfläche herausschlagen und die ebenso laufend ins All entweicht — kein Bestand, sondern ein Durchsatz. Ohne Gashülle findet kein Wärmetransport statt: Zwischen Tag- und Nachtseite liegen mehr als 600 Grad, obwohl es dieselbe Oberfläche ist.

Die Dichte von 5,4289 g/cm³ ist für einen so kleinen Körper außergewöhnlich hoch und lässt sich nur mit einem sehr großen Eisenkern erklären: rund 1600 Kilometer Radius, knapp zwei Drittel des Planetenradius. Der Gesteinsmantel darüber bleibt entsprechend eine dünne Schale. Merkur ist damit weniger ein Gesteinsplanet mit Kern als ein Metallkörper mit Gesteinsüberzug.

Merkur dreht sich dreimal um sich selbst, während er die Sonne zweimal umkreist — ein Tag dort dauert zwei Merkurjahre.

Radius

2439.4 km

Masse

3.30103e+23 kg

Schwerkraft

3.7 m/s²

Rotation

1407.51 h

Umlaufdauer

87.969257 d

Mitteltemperatur

167 °C

Atmosphäre

keine, nur eine Exosphäre unter 5 × 10^-15 bar aus Sauerstoff, Natrium, Wasserstoff, Helium und Kalium

Monde

0

Entdeckung

seit der Vorzeit bekannt

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='199'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · science.nasa.gov/mercury/facts/

Venus

Venus kommt der Erde in Größe und Masse näher als jeder andere Planet, und bei größter Annäherung ist sie mit rund 38 Millionen Kilometern auch räumlich unser nächster Nachbar. Der innere Aufbau passt ins Bild: eine mittlere Dichte von 5,204 g/cm³ und ein Kern von etwa 3200 Kilometern Radius, ähnlich wie bei der Erde. Die Gemeinsamkeiten enden an der Oberfläche, wo der Druck dem 93-Fachen des irdischen Meeresspiegelwerts entspricht.

Die Rotation ist rückläufig — die Achse ist um 177,3 Grad gekippt, der Planet steht praktisch auf dem Kopf. Eine Umdrehung dauert dabei länger als ein ganzes Venusjahr. Weil Drehung und Umlauf gegenläufig sind, holen sie einander ein: Von Sonnenaufgang zu Sonnenaufgang vergehen nur 116,75 Tage, knapp zwei davon passen in ein Jahr. Die Sonne geht dabei im Westen auf und im Osten unter.

Venus ist der heißeste Planet des Sonnensystems — heißer als Merkur, obwohl sie fast doppelt so weit von der Sonne entfernt steht. An der Einstrahlung liegt das nicht: Die Wolkendecke wirft mit einer geometrischen Albedo von 0,65 den größten Teil der ankommenden 2650 W/m² zurück, Venus nimmt also weniger Sonnenlicht auf, als ihre Nähe zur Sonne erwarten ließe. Entscheidend ist der Treibhauseffekt — nicht die Zufuhr der Wärme ist außergewöhnlich, sondern dass sie nicht entweichen kann.

Wie vollständig die Atmosphäre diese Wärme verteilt, zeigt die Infrarotabstrahlung: 153 W/m² auf der Tagseite, 153 W/m² auf der Nachtseite, im Perihel derselbe Wert wie im Aphel. Einen Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht gibt es an der Oberfläche praktisch nicht — und das, obwohl eine Nacht dort knapp zwei Monate dauert. Dieselbe Wolkendecke, die die Hitze festhält, macht Venus zum hellsten Planeten am Nachthimmel.

Venus ist heißer als Merkur, obwohl sie fast doppelt so weit von der Sonne entfernt steht — nicht die Einstrahlung macht das aus, sondern dass die Wärme nicht entweicht.

Radius

6051.84 km

Masse

4.86731e+24 kg

Schwerkraft

8.87 m/s²

Rotation

-5832.44 h

Umlaufdauer

224.7008 d

Mitteltemperatur

462 °C

Atmosphäre

überwiegend Kohlendioxid, Wolken aus Schwefelsäure, rund 90 bar Bodendruck

Monde

0

Entdeckung

seit der Vorzeit bekannt

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='299'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · science.nasa.gov/venus/venus-facts/

Erde

Die Erde ist der größte und massereichste der vier inneren Gesteinsplaneten und der einzige Körper des Sonnensystems mit flüssigem Wasser an der Oberfläche; rund 71 Prozent davon sind von Ozeanen bedeckt. Möglich macht das der Temperaturbereich, in dem Wasser über geologische Zeiträume hinweg flüssig bleibt. Die Rotationsachse steht 23,4 Grad schief zur Bahnebene — nicht der wechselnde Sonnenabstand, sondern diese Neigung erzeugt die Jahreszeiten. Die geometrische Albedo von 0,367 ist mehr als doppelt so hoch wie die des Mars.

Die feste Außenhülle ist in große Platten zerlegt, die sich fortlaufend gegeneinander verschieben; kein anderer bekannter Planet zeigt das. Die Nordamerikanische Platte wandert etwa so schnell nach Westen, wie Fingernägel wachsen. Weil Plattentektonik und Erosion die Oberfläche ständig umarbeiten, ist sie geologisch jung: Einschlagkrater, die auf Mond und Mars seit Milliarden Jahren stehen, sind hier längst eingeebnet.

Unter einer Kruste von nur 5 bis 30 Kilometern Dicke folgt ein rund 2900 Kilometer mächtiger Mantel. Darunter liegen ein flüssiger äußerer Kern von etwa 2300 Kilometern Dicke und ein fester innerer Kern mit 1221 Kilometern Radius, in dem bis zu 5400 °C herrschen. Die Kruste, auf der alles Leben stattfindet, macht damit weniger als ein halbes Prozent des Erdradius aus.

Der einzige Begleiter der Erde ist im Verhältnis zu seinem Planeten der größte Mond des Sonnensystems: Sein Radius beträgt gut ein Viertel des Erdradius. Seine Masse bleibt mit etwa einem Achtzigstel der Erdmasse dennoch klein. Zwischen beide passen rund dreißig Erdkugeln nebeneinander.

Der einzige Planet mit flüssigem Wasser an der Oberfläche — und der einzige, dessen Kruste in bewegliche Platten zerlegt ist.

Radius

6371 km

Masse

5.97217e+24 kg

Schwerkraft

9.8 m/s²

Rotation

23.934 h

Umlaufdauer

365.25 d

Mitteltemperatur

15 °C

Atmosphäre

78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 1 % übrige Gase

Monde

1

Entdeckung

seit der Vorzeit bekannt

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · science.nasa.gov/earth/facts/ · science.nasa.gov/solar-system/temperatures-across-our-solar-system/ · science.nasa.gov/moon/by-the-numbers/

Mond

Der Mond ist der einzige natürliche Begleiter der Erde und der einzige Himmelskörper, den Menschen betreten haben. Rotation und Umlauf dauern gleich lang, weshalb er der Erde stets dieselbe Hemisphäre zeigt; die Rückseite blieb unbekannt, bis Raumsonden sie kartierten. Der Zyklus der Phasen dauert mit rund 29 Tagen dennoch länger als ein Umlauf, weil die Erde inzwischen selbst ein Stück auf ihrer Bahn weitergerückt ist und der Mond die Differenz aufholen muss. Ohne Atmosphäre fehlt jeder Wärmeausgleich: Zwischen Tag- und Nachtseite liegen rund 300 Grad, und weder Strahlung noch Meteoriten werden abgebremst.

Nach dem heute gängigen Modell entstand der Mond, als vor mehreren Milliarden Jahren ein etwa marsgroßer Körper mit der jungen Erde zusammenstieß. Das herausgeschlagene Material sammelte sich im Orbit und ballte sich zu einem Körper zusammen; die anfangs geschmolzene Oberfläche kristallisierte innerhalb von rund 100 Millionen Jahren weitgehend aus. Dazu passt die Dichte: Mit 3,344 g/cm³ liegt sie deutlich unter der irdischen von 5,513 g/cm³, der Eisenkern ist entsprechend klein.

Der Abstand zur Erde nimmt messbar zu, um 3,8 Zentimeter pro Jahr oder etwa 3 Millimeter im Monat. Ursache ist die Gezeitenreibung: Die Flutberge der Erde eilen der Verbindungslinie voraus und ziehen den Mond auf seiner Bahn nach vorn, während dieselbe Reibung die Erdrotation bremst. Die Tage werden also länger, während der Mond weiter hinausrückt — beides sind zwei Seiten desselben Vorgangs.

Gemessen wird das seit 1969 mit Laser-Retroreflektoren, die Apollo 11 und spätere Missionen auf der Oberfläche aufgestellt haben. Ein von der Erde ausgesandter Lichtpuls kehrt von ihnen zurück; aus der Laufzeit ergibt sich die Entfernung auf wenige Millimeter genau. Es ist eines der wenigen Apollo-Experimente, das bis heute Daten liefert.

Er zeigt der Erde stets dieselbe Seite und entfernt sich dabei um 3,8 cm im Jahr.

Radius

1737.4 km

Masse

7.34767e+22 kg

Schwerkraft

1.624 m/s²

Rotation

655.7 h

Umlaufdauer

27.322 d

Bahnradius

384400 km

Atmosphäre

keine nennenswerte, nur eine extrem dünne Exosphäre

Entdeckung

seit der Vorzeit bekannt

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/moon/facts/ · science.nasa.gov/moon/by-the-numbers/ · www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/moon/ · www.nasa.gov/solar-system/the-apollo-experiment-that-keeps-on-giving/

Mars

Mars ist der äußerste der vier Gesteinsplaneten und der Erde in seinem Zeitmaß auffällig ähnlich: Ein Marstag dauert nur gut eine halbe Stunde länger als ein Erdtag, und die Rotationsachse steht mit 25 Grad fast genauso schief wie die irdische. Jahreszeiten gibt es deshalb ebenfalls — sie dauern nur nahezu doppelt so lang, weil ein Marsjahr 687 Erdtage misst. In eigenen Tagen gerechnet, den Solen, sind das 669,6.

Die Bahn liegt im Mittel 228 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt, 1,524 astronomische Einheiten. Mit einer Exzentrizität von 0,0934 ist sie deutlich elliptischer als die Erdbahn mit 0,0167. Der Sonnenabstand schwankt im Jahresverlauf also spürbar, anders als auf der Erde, wo er nahezu konstant bleibt.

Die Zusammensetzung der Marsatmosphäre ist nicht aus der Ferne erschlossen, sondern vor Ort gemessen: 2012 bestimmte das Instrument SAM des Rovers Curiosity im Gale-Krater den Kohlendioxidanteil zu 95,9 Prozent. Für das Klima entscheidend ist aber nicht die Zusammensetzung, sondern die geringe Dichte — die Hülle ist zu dünn, um eingestrahlte Wärme zu halten. Die geometrische Albedo von 0,150 ist weniger als halb so hoch wie die der Erde: Mars nimmt anteilig mehr Sonnenlicht auf und bleibt trotzdem tief unter dem Gefrierpunkt.

Seine beiden Monde Phobos und Deimos sind unregelmäßig geformte Brocken. Phobos zieht seine Bahn nur 9375 Kilometer über dem Marsmittelpunkt, Deimos zweieinhalbmal weiter draußen. Ihre Dichten von 1,872 und 1,471 g/cm³ liegen weit unter der des Mars von 3,934 g/cm³ und verweisen auf poröses, kohlenstoffreiches Material — Gestein, das eher zu Asteroiden passt als zu dem Planeten, den beide umkreisen.

Der Marstag ist nur gut eine halbe Stunde länger als der irdische, das Marsjahr aber fast doppelt so lang.

Radius

3389.5 km

Masse

6.41691e+23 kg

Schwerkraft

3.71 m/s²

Rotation

24.623 h

Umlaufdauer

687 d

Mitteltemperatur

-65 °C

Atmosphäre

95,9 % Kohlendioxid, dazu Argon, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenmonoxid

Monde

2

Entdeckung

seit der Vorzeit bekannt

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/mars/facts/ · science.nasa.gov/solar-system/temperatures-across-our-solar-system/ · science.nasa.gov/resource/the-five-most-abundant-gases-in-the-martian-atmosphere/

Phobos

Phobos ist der innere und größere der beiden Marsmonde und zu klein, um kugelförmig zu sein: Er misst 27 × 22 × 18 Kilometer. Kein anderer bekannter Mond umläuft seinen Planeten so eng — zwischen ihm und der Marsoberfläche liegen keine 6000 Kilometer. Ein Umlauf dauert 7 Stunden und 39 Minuten.

Mars braucht für eine eigene Umdrehung 24 Stunden und 37 Minuten; Phobos umrundet ihn in dieser Zeit dreimal. Er ist der einzige bekannte Mond des Sonnensystems, der schneller läuft, als sein Planet sich dreht. Von der Marsoberfläche aus geht er deshalb im Westen auf und im Osten unter, zweimal pro Marstag, und braucht für den Weg über den Himmel jeweils rund fünfeinhalb Stunden. Groß wirkt er dabei nicht: etwa ein Drittel des Durchmessers, den der Mond von der Erde aus zeigt.

Weil er den Planeten schneller umläuft, als dieser rotiert, wirken die Gezeitenkräfte bremsend statt beschleunigend — anders als beim Erdmond, der sich entfernt, sinkt die Bahn von Phobos um etwa 1,8 Meter pro Jahrhundert. In rund 50 Millionen Jahren wird er auf den Mars stürzen oder vorher zu einem Ring zerrissen. Die Rillen und Grate, die seine Oberfläche überziehen, werden zum Teil auf eben diese Dehnung zurückgeführt.

Auffälligstes Merkmal ist der Krater Stickney: Mit etwa 9,7 Kilometern Durchmesser nimmt er knapp die Hälfte der Mondbreite ein. Benannt ist er nach Chloe Angeline Stickney Hall, der Frau des Entdeckers Asaph Hall. Die geringe Dichte von 1,872 g/cm³ spricht für einen porösen Körper aus C-Typ-Material, wie es kohlige Chondrite zeigen — Phobos könnte ein eingefangener Asteroid sein, dessen Herkunft bis heute nicht geklärt ist.

Er umläuft Mars schneller, als dieser sich dreht — deshalb geht er im Westen auf, und seine Bahn sinkt um 1,8 Meter pro Jahrhundert.

Radius

11.08 km

Masse

10600000000000000 kg

Umlaufdauer

0.3187 d

Bahnradius

9375 km

Atmosphäre

keine

Entdeckung

17. August 1877 durch Asaph Hall

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/mars/moons/phobos/ · science.nasa.gov/mars/moons/ · apod.nasa.gov/apod/ap991105.html

Deimos

Deimos ist der äußere und kleinere der beiden Marsmonde, ein unregelmäßiger Brocken von 15 × 12 × 11 Kilometern. Seine Bahn verläuft zweieinhalbmal so weit draußen wie die von Phobos, nahezu kreisförmig und nur um 1,8 Grad gegen die Äquatorebene des Mars geneigt. Asaph Hall entdeckte ihn sechs Tage vor dem größeren, helleren Phobos.

Weil Deimos den Planeten langsamer umläuft, als dieser rotiert, zieht er am Marshimmel in der gewohnten Richtung von Ost nach West — anders als Phobos, der entgegengesetzt läuft. Für einen Beobachter auf der Oberfläche bleibt er dabei mehrere Tage am Stück über dem Horizont. Zu sehen wäre allerdings nur ein heller Stern; eine erkennbare Scheibe wie Phobos zeigt er nicht.

Die Oberfläche ist stark verkratert, wirkt aber glatter als die von Phobos: Viele Krater sind teilweise verfüllt, und die Regolithschicht kann bis zu 100 Meter mächtig sein. Der größte Krater misst nur etwa 2,3 Kilometer. Die für Phobos typischen Rillen und Grate fehlen hier — in der weiter außen liegenden Bahn wirken die Gezeitenkräfte des Mars deutlich schwächer.

Deimos hält kaum etwas fest: Was ein Einschlag auswirft, entkommt seiner geringen Anziehungskraft, wird von der Schwerkraft des Mars in einer Ringbahn gehalten und sinkt später als Staub wieder auf den Mond zurück. Darin liegt eine Erklärung für die halb verfüllten Krater. Die mittlere Dichte von 1,471 g/cm³ ist noch geringer als bei Phobos; das dunkle C-Typ-Material ähnelt Asteroiden aus dem äußeren Hauptgürtel.

Sein Auswurfmaterial verlässt ihn bei Einschlägen, kreist als Ring um den Mars und rieselt später als Staub auf ihn zurück.

Radius

6.2 km

Masse

1440000000000000 kg

Umlaufdauer

1.2625 d

Bahnradius

23457 km

Entdeckung

11. August 1877 durch Asaph Hall

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/mars/moons/deimos/ · science.nasa.gov/mars/moons/

Ceres

Ceres ist das größte Objekt im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und der einzige Zwergplanet des inneren Sonnensystems. Sie allein stellt rund 25 Prozent der Gesamtmasse des Gürtels — und ist trotzdem vierzehnmal leichter als Pluto. Ihre große Bahnhalbachse beträgt 2,766 astronomische Einheiten, rund 413 Millionen Kilometer.

Der Tag auf Ceres gehört mit gut neun Stunden zu den kürzesten im Sonnensystem, und das sieht man ihr an: Die Gestalt ist mit 964,4 × 964,2 × 891,8 km an den Polen um über siebzig Kilometer abgeplattet. Die Rotationsachse steht mit 4 Grad Neigung dagegen nahezu senkrecht auf der Bahnebene, sodass es praktisch keine Jahreszeiten gibt. Mit einer geometrischen Albedo von 0,090 ist die Oberfläche dunkel.

Als Giuseppe Piazzi Ceres 1801 fand, hielt er sie für den vermuteten fehlenden Planeten zwischen Mars und Jupiter, und sie wurde zunächst als solcher geführt. Binnen weniger Jahre kamen Pallas, Juno und Vesta hinzu, bis 1860 waren 62 Körper in dieser Region bekannt — ein Planet war Ceres damit nicht mehr zu halten. Ab den 1840er Jahren wurde eine Neuordnung diskutiert; 1863 setzte sich die Einstufung als Asteroiden durch, und dabei blieb es über 140 Jahre. 2006 stufte die Internationale Astronomische Union Ceres als Zwergplaneten ein, nach denselben Kriterien, die auch auf Pluto angewandt wurden.

Die Sonde Dawn startete 2007, umkreiste zunächst Vesta und erreichte Ceres 2015 — der erste Zwergplanet, den eine Raumsonde umrundet hat. Sie fand eine von jungen Kratern übersäte Oberfläche, in der jedoch kein Einschlagbecken größer als 280 km ist; darunter liegt vermutlich Eis, das größere Strukturen mit der Zeit einebnet. Ceres könnte zu bis zu 25 Prozent aus Wasser bestehen und damit mehr davon enthalten als die Erde. In dauerhaft beschatteten Kratern, in denen die Temperatur unter etwa −151 °C bleibt, kann Wassereis über lange Zeiträume überdauern. Am 1. November 2018 ging Dawn der Treibstoff für die Lageregelung aus; die Sonde umkreist Ceres seither als stiller Begleiter.

Ceres wurde 1801 als Planet geführt, ab 1863 als Asteroid und seit 2006 als Zwergplanet — der Körper blieb derselbe.

Radius

469.7 km

Masse

938300000000000000000 kg

Schwerkraft

0.284 m/s²

Rotation

9.07417 h

Umlaufdauer

1679.85 d

Atmosphäre

sehr dünn, mit Hinweisen auf Wasserdampf

Monde

0

Entdeckung

1801 von Giuseppe Piazzi; seit 2006 als Zwergplanet eingestuft

ssd-api.jpl.nasa.gov/sbdb.api?sstr=Ceres&phys-par=1&full-prec=1 · science.nasa.gov/dwarf-planets/ceres/facts/ · science.nasa.gov/dwarf-planets/ceres/exploration/ · www.nasa.gov/solar-system/dawn-maps-ceres-craters-where-ice-can-accumulate/ · www.jpl.nasa.gov/news/nasas-dawn-mission-to-asteroid-belt-comes-to-end/ · science.nasa.gov/mission/dawn/

Jupiter

Jupiter ist der fünfte Planet von der Sonne und der größte des Sonnensystems: Er bringt mehr als doppelt so viel Masse auf die Waage wie alle anderen Planeten zusammen. Aufgebaut ist er im Wesentlichen aus Wasserstoff und Helium und hat damit die Zusammensetzung eines Sterns, aber bei weitem nicht dessen Masse. Der gemeinsame Schwerpunkt mit der Sonne liegt außerhalb der Sonnenoberfläche — genau genommen umkreisen sich beide. Eine feste Oberfläche gibt es nicht: Es existiert kein Punkt, an dem die Atmosphäre aufhört und ein Boden beginnt.

Kein anderer Planet dreht sich schneller, und die Fliehkraft formt den Körper sichtbar um: Der Äquator steht rund 4600 Kilometer weiter vom Zentrum ab als die Pole. Die Rotationsachse ist nur gut drei Grad gegen die Bahnebene geneigt, Jahreszeiten im irdischen Sinn gibt es deshalb nicht. Dieselbe Drehung ordnet die Wolken in Ost-West-Streifen: dunkle Bänder, helle Zonen und dazwischen Strahlströme, die am Äquator 539 Kilometer pro Stunde erreichen. Was im Fernrohr wie ein Muster aussieht, sind also Strömungen, keine Landschaften.

Der Große Rote Fleck ist ein Wirbel, der breiter ist als die Erde und seit über 300 Jahren ununterbrochen beobachtet wird. Aus den Schweremessungen zweier Juno-Vorbeiflüge ließ sich seine Tiefe auf etwa 500 Kilometer unter den Wolkenobergrenzen eingrenzen; andere Stürme reichen 100 bis 350 Kilometer hinab, die Strahlströme selbst rund 3200. Damit greifen die Wirbel tiefer, als Sonnenlicht die Atmosphäre erwärmt oder Wasser kondensiert — was sie antreibt, kommt von unten, nicht von oben. An beiden Polen halten Zyklone feste geometrische Muster: acht in einem Achteck im Norden, fünf in einem Fünfeck im Süden, über Jahre hinweg stabil.

Mit der Tiefe verdichtet sich der Wasserstoff zu einer Flüssigkeit und schließlich zu metallischem, elektrisch leitendem Wasserstoff, dessen Umwälzung ein Magnetfeld antreibt, das 16- bis 54-mal stärker ist als das irdische. Die Magnetosphäre reicht sonnenwärts 1 bis 3 Millionen Kilometer weit und zieht einen Schweif bis über die Saturnbahn hinaus. Wie viele Monde darin kreisen, hängt davon ab, wen man fragt: Die JPL-Liste der bestätigten Satelliten führt 115, NASAs eigene Faktenseite nennt noch 95. Die vier größten sah Galileo Galilei im Januar 1610 als Lichtpunkte, die von Nacht zu Nacht ihre Stellung wechselten — der erste Beleg dafür, dass nicht alles die Erde umkreist. Die inneren drei laufen bis heute in der Laplace-Resonanz 1:2:4, die Io und Europa von innen heizt.

Jupiter hat mehr als doppelt so viel Masse wie alle anderen Planeten zusammen — deshalb liegt der gemeinsame Schwerpunkt mit der Sonne außerhalb der Sonnenoberfläche.

Radius

69911 km

Masse

1.898125e+27 kg

Schwerkraft

24.79 m/s²

Rotation

9.9249 h

Umlaufdauer

4332.589 d

Mitteltemperatur

-108 °C

Atmosphäre

überwiegend Wasserstoff und Helium; darin drei Wolkenschichten aus Ammoniakeis, Ammoniumhydrogensulfid und Wassereis über rund 71 km

Monde

115

Entdeckung

seit der Vorzeit bekannt

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='599'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-facts/ · science.nasa.gov/jupiter/moons/

Io

Io ist der innerste der vier großen Jupitermonde und die vulkanisch aktivste Welt des Sonnensystems. Hunderte Vulkane treiben Lavafontänen viele Kilometer hoch, und der Nachschub verschüttet Einschlagskrater schneller, als neue entstehen können. Io zeigt deshalb keine Kraterlandschaft wie die übrigen Monde, sondern immer neue Lavaseen und Ebenen. Mit 3,528 g/cm³ ist er zugleich der dichteste der vier Galileischen Monde: Gestein und Eisen, praktisch ohne Wasser.

Die Wärme dafür liefert nicht die Sonne, sondern die Bahnmechanik. Auf einen Umlauf Ganymeds kommen zwei von Europa und vier von Io; weil die drei Monde einander stets an denselben Bahnpunkten begegnen, ziehen sie ihre Bahnen fortlaufend aus der Kreisform. Ios Abstand zu Jupiter schwankt dadurch, und mit ihm die Zugkraft: Die feste Oberfläche wandert um bis zu 100 Meter auf und ab. Der größte Tidenhub der Erde misst 18 Meter und betrifft Wasser, nicht Gestein. Diese Verformungsarbeit heizt Ios Inneres — dieselbe Resonanz hält weiter außen Europas Ozean flüssig.

Wie heiß es dabei zugeht, maß die Galileo-Sonde an mindestens zwölf aktiven Schloten: über 1200 °C, an einer Stelle über 1700 °C. Woraus die Schmelze besteht, ist damit nicht geklärt — geschmolzener Schwefel würde die Färbung der Oberfläche erklären, Silikatgestein besser die Temperaturen. Juno kam am 30. Dezember 2023 und am 3. Februar 2024 bis auf 1500 Kilometer heran und bestimmte erstmals die Temperatur knapp unter der Oberfläche eines fremden Gesteinsmondes. Der Untergrund gibt flächendeckend 1 bis 3 Watt pro Quadratmeter ab, etwa das Dreißigfache des irdischen Wärmestroms, und abkühlende Lava bedeckt jederzeit rund ein Zehntel der Oberfläche.

Io steckt zudem tief in Jupiters Magnetfeld und arbeitet darin als Generator: Er schneidet die Feldlinien, baut eine Spannung von 400.000 Volt auf und trägt einen Strom von 3 Millionen Ampere, der entlang der Feldlinien in Jupiters obere Atmosphäre fließt und dort Blitze auslöst. Pro Sekunde reißt das mitrotierende Feld rund 1000 Kilogramm Material von Io los, das ionisiert einen ringförmigen Plasmatorus bildet. Dieser Torus bläht Jupiters Magnetosphäre auf mehr als das Doppelte der sonst zu erwartenden Größe auf — ein Mond von der Größe des Erdmondes bestimmt also mit, wie weit das größte Magnetfeld des Sonnensystems reicht. Die dauerhafte Strahlung und der Vulkanismus machen Leben dort unwahrscheinlich.

Jupiters Zug hebt und senkt Ios festen Boden um bis zu 100 Meter — der größte Tidenhub der Erde misst 18 Meter und betrifft nur Wasser.

Radius

1821.49 km

Masse

8.9297e+22 kg

Schwerkraft

1.796 m/s²

Rotation

42.46 h

Umlaufdauer

1.769 d

Bahnradius

421800 km

Atmosphäre

sehr dünn, hauptsächlich Schwefeldioxid

Entdeckung

8. Januar 1610 durch Galileo Galilei

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='501'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/io/facts/ · starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/solar_system_level2/io.html · www.jpl.nasa.gov/news/nasas-juno-takes-temperature-of-jupiters-fiery-moon-io/ · science.nasa.gov/moon/by-the-numbers/

Europa

Europa ist der kleinste der vier großen Jupitermonde und einer der aussichtsreichsten Orte für die Frage nach Leben außerhalb der Erde. Unter dem Eis liegt Wasser: Die Galileo-Sonde fand Jupiters Magnetfeld in Europas Umgebung genau so gestört, wie es eine tiefliegende elektrisch leitende Schicht erzeugen würde — nach heutigem Stand ein globaler Ozean aus Salzwasser. Die Eiskruste ist vermutlich 15 bis 25 Kilometer dick, der Ozean darunter 60 bis 150 Kilometer tief. Obwohl Europa nur ein Viertel des Erddurchmessers misst, dürfte dieser Ozean etwa doppelt so viel Wasser enthalten wie alle Meere der Erde zusammen.

Die Oberfläche ist die jüngste im Jupitersystem. Aus der geringen Zahl sichtbarer Einschlagskrater folgt ein Alter von höchstens 40 bis 90 Millionen Jahren, während Kallistos Oberfläche Milliarden Jahre alt ist. Stattdessen überziehen Brüche das Eis, oft nur ein bis zwei Kilometer breit, aber tausende Kilometer lang, manche zu Rücken von mehreren hundert Metern Höhe aufgeworfen. Dazwischen liegen Felder aus zerbrochenen, verkippten Eisschollen, das sogenannte Chaos-Terrain, und rötlichbraunes Material, das vermutlich Salze und Schwefelverbindungen enthält, von Jupiters Strahlung chemisch verändert. Stammt dieses Material aus dem Ozean, ließe sich dessen Chemie messen, ohne durch das Eis zu bohren.

Angetrieben wird das alles von derselben Resonanz, die Ios Vulkane speist: Auf einen Umlauf Ganymeds kommen zwei von Europa und vier von Io. Weil die drei Monde einander immer an denselben Bahnpunkten begegnen, bleibt Europas Bahn leicht elliptisch, obwohl die Gezeitenreibung sie längst rund gezogen hätte. Die dadurch wechselnde Anziehung dehnt und entspannt den Mond, was die Brüche erklärt und am Meeresboden hydrothermale Aktivität ermöglichen könnte. Damit stünde dort alles beisammen, was irdisches Leben braucht: flüssiges Wasser, eine Energiequelle und die passenden Elemente.

Hubble-Beobachtungen und eine Neuauswertung alter Galileo-Daten legen nahe, dass gelegentlich Wasserfahnen bis 160 Kilometer hoch aufsteigen; im November 2019 wurde Wasserdampf über der Oberfläche erstmals direkt nachgewiesen. Bestätigt sind diese Fontänen bis heute nicht — anders als bei Enceladus ist noch keine Sonde hindurchgeflogen. Europa Clipper startete am 14. Oktober 2024 und erreicht Jupiter im April 2030. In 49 nahen Vorbeiflügen soll die Sonde Dicke und Chemie der Eishülle vermessen; sie sucht nicht nach Leben, sondern klärt, ob die Bedingungen dafür überhaupt vorliegen.

Unter einer 15 bis 25 Kilometer dicken Eiskruste liegt ein 60 bis 150 Kilometer tiefer Ozean — vermutlich doppelt so viel Wasser wie in allen Meeren der Erde.

Radius

1560.8 km

Masse

4.7986e+22 kg

Schwerkraft

1.315 m/s²

Rotation

85.22 h

Umlaufdauer

3.551 d

Bahnradius

671100 km

Atmosphäre

extrem dünn, im Wesentlichen Sauerstoff

Entdeckung

Januar 1610 durch Galileo Galilei

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='502'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/europa/europa-facts/ · science.nasa.gov/mission/europa-clipper/mission-faq/ · science.nasa.gov/mission/europa-clipper/

Ganymed

Ganymed ist der größte Mond des Sonnensystems und im Durchmesser größer als der Planet Merkur — an Masse erreicht er allerdings nur knapp die Hälfte. Die Dichte von 1,942 g/cm³ erklärt den Unterschied: Ganymed besteht etwa zur Hälfte aus Gestein und Metall, zur Hälfte aus Eis, während Merkur ein Körper aus Metall und Gestein ist. Der innere Aufbau gliedert sich in drei Schichten, einen metallischen Eisenkern, einen Gesteinsmantel und eine Hülle aus überwiegend Eis, deren Oberseite die sichtbare Oberfläche bildet. Dass er trotz seiner Größe als Mond gilt, entscheidet nicht die Masse, sondern die Bahn: Er umkreist Jupiter, nicht die Sonne.

Ganymed ist der einzige bekannte Mond mit einem eigenen Magnetfeld; die Galileo-Sonde entdeckte es 1996. Es erzeugt Polarlichtbänder um beide Pole und liegt seinerseits eingebettet in Jupiters weit größerem Feld. Genau daraus ergab sich der Nachweis eines Ozeans: Ändert sich Jupiters Feld, kippen Ganymeds Polarlichter mit — und wie weit sie kippen, hängt davon ab, ob unter dem Eis eine elektrisch leitende Salzwasserschicht liegt. Ein Team um Joachim Saur nutzte diese Bewegung, um mit Hubble aus dem Erdorbit ins Innere eines Jupitermondes zu sehen.

Der Ozean liegt danach zwischen Eis und Gestein, rund 100 Kilometer mächtig unter etwa 150 Kilometern Eis — zehnmal tiefer als die Ozeane der Erde und mit mehr Wasser, als sich auf der gesamten Erdoberfläche befindet. Modellrechnungen lassen auch eine Schichtung aus mehreren Eis- und Wasserlagen übereinander zu, in der Wasser nicht nur ganz oben, sondern zwischen Eisschichten unterschiedlicher Dichte steht. Beim Vorbeiflug am 7. Juni 2021 wies die Juno-Sonde Mineralsalze und organische Verbindungen an der Oberfläche nach. Auch Ganymed gehört zur Laplace-Resonanz: Auf einen seiner Umläufe kommen zwei von Europa und vier von Io.

Die Oberfläche zerfällt in zwei Typen: etwa 40 Prozent altes, dunkles, dicht verkratertes Gelände und rund 60 Prozent helles, von Furchen durchzogenes Terrain. Einzelne Rücken erreichen 700 Meter Höhe, die Furchen ziehen sich über tausende Kilometer — ein Hinweis darauf, dass die Kruste in der Vergangenheit unter globaler tektonischer Spannung stand. Große Krater sind meist flach, weil das weiche Eis unter ihnen über lange Zeiträume nachgegeben hat; der Untergrund fließt hier langsam wie ein Gletscher. Wärme hält davon nichts fest: Ganymed empfängt weniger als ein Dreißigstel des irdischen Sonnenlichts und besitzt keine Atmosphäre, die etwas davon speichern könnte.

Der größte Mond des Sonnensystems ist breiter als Merkur — und der einzige, der ein eigenes Magnetfeld erzeugt.

Radius

2631.2 km

Masse

1.48148e+23 kg

Schwerkraft

1.428 m/s²

Rotation

171.72 h

Umlaufdauer

7.155 d

Bahnradius

1070400 km

Atmosphäre

extrem dünn, Sauerstoff aus der Eisoberfläche

Entdeckung

7. Januar 1610 durch Galileo Galilei

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='503'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/ganymede/facts/

Kallisto

Kallisto ist Jupiters zweitgrößter Mond, fast so groß wie der Planet Merkur — und der ruhigste Körper im Jupitersystem. Ihre Oberfläche ist die älteste und am dichtesten verkraterte, die im Sonnensystem bekannt ist: rund vier Milliarden Jahre alt, mit Kratern aller Formen und Größen, von einfachen Schüsseln bis zu Strukturen mit mehreren konzentrischen Ringen. Dass diese Krater überhaupt noch zu sehen sind, ist der eigentliche Befund — es gibt keine Vulkane und keine Plattentektonik, die sie einebnen könnten. Über die dunkle Fläche verteilt liegen helle Punkte, nach heutiger Deutung Kraterspitzen mit Kappen aus Wassereis.

Der Grund für diese Ruhe liegt in der Bahn. Io, Europa und Ganymed halten sich in der Laplace-Resonanz 1:2:4 gegenseitig auf leicht elliptischen Bahnen und erzeugen so fortlaufend Gezeitenwärme in ihrem Inneren. Kallisto gehört nicht dazu; offenbar war sie früh schon zu weit von Jupiter entfernt, als dass ihre Bahn in die Resonanz gezogen worden wäre. Ohne erzwungene Exzentrizität fehlt die Heizung, und ohne Heizung fehlt der Mechanismus, der bei Io die Krater verschüttet und bei Europa die Kruste aufbricht. Die geologische Aktivität der vier großen Monde nimmt nach außen hin ab, und die Resonanz erklärt, warum.

Auch die Zusammensetzung folgt dem Abstand: Mit 1,834 g/cm³ hat Kallisto die niedrigste Dichte der vier Galileischen Monde, und diese Dichte nimmt von Io nach außen durchweg ab. In der kälteren Umgebung weiter draußen kondensierte beim Aufbau des Jupitersystems mehr Eis und weniger Gestein aus. Die Helligkeit folgt einer anderen Logik: Sie hängt davon ab, wie frisch das Eis an der Oberfläche ist, und Kallistos Eis wird von nichts erneuert. Ihre geometrische Albedo von 0,17 ist die niedrigste der vier großen Monde; Ganymed kommt auf 0,43, Io auf 0,63, Europa auf 0,67.

Ganz tot ist Kallisto trotzdem nicht. Daten der Galileo-Sonde und darauf aufbauende Modelle sprechen für einen salzigen Ozean, der etwa 250 Kilometer unter der Oberfläche mit einer Gesteinsschicht in Kontakt steht; neuere Arbeiten verlegen ihn allerdings tiefer oder stellen ihn ganz infrage. Das Innere dürfte aus Eis bestehen, das mit Gestein und Metall vermischt ist, möglicherweise bis ins Zentrum — die saubere Trennung in Kern, Mantel und Kruste, wie Ganymed sie zeigt, hat hier nie stattgefunden. 1999 gab die NASA bekannt, dass Galileo zwei Jahre zuvor eine extrem dünne Exosphäre aus Kohlendioxid registriert hatte; später kamen Sauerstoff und Wasserstoff hinzu. Salzwasser im Kontakt mit Gestein und Sauerstoff in der Gashülle genügen, um Kallisto auf der Liste möglicher Lebensräume zu halten.

Kallisto steht als einziger der vier großen Monde außerhalb der Laplace-Resonanz — ohne Gezeitenheizung ist ihre Oberfläche seit vier Milliarden Jahren fast unverändert.

Radius

2410.3 km

Masse

1.07566e+23 kg

Schwerkraft

1.236 m/s²

Rotation

400.54 h

Umlaufdauer

16.689 d

Bahnradius

1882700 km

Atmosphäre

extrem dünne Exosphäre aus Kohlendioxid, dazu Sauerstoff und Wasserstoff

Entdeckung

7. Januar 1610 durch Galileo Galilei

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='504'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/callisto/facts/ · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/ganymede/facts/

Saturn

Saturn ist der sechste Planet von der Sonne, nach Jupiter der zweitgrößte des Sonnensystems und der äußerste, den man ohne Fernrohr sehen kann. Seine mittlere Dichte liegt bei 0,687 g/cm³ und damit als einzige im Sonnensystem unter der von Wasser: Der Planet ist groß, aber locker gepackt. Das hat eine sichtbare Folge. Weil so wenig Masse so viel Raum füllt, setzt die eigene Schwerkraft der Fliehkraft der schnellen Rotation weniger entgegen als bei jedem anderen Planeten — der Äquator steht rund 5900 Kilometer weiter vom Zentrum ab als die Pole, knapp zehn Prozent, und die Abweichung von der Kugelform ist schon im kleinen Teleskop zu erkennen.

Das Ringsystem reicht bis zu 282.000 Kilometer vom Planeten weg, ist dabei aber typischerweise nur etwa zehn Meter dick; Ausdehnung und Dicke stehen im Verhältnis von fast dreißig Millionen zu eins. Es besteht fast vollständig aus Brocken aus Wassereis, deren Größe von Staubkörnern bis zu Bergen reicht. Die Cassini-Teilung zwischen A- und B-Ring misst 4700 Kilometer in der Breite und ist damit breiter als die meisten Monde des Planeten.

Aus 22 Tauchgängen zwischen Planet und Ringen bestimmte die Sonde Cassini die Masse der Ringe und daraus ihr Alter: 10 bis 100 Millionen Jahre. Sie sind damit um Größenordnungen jünger als der 4,5 Milliarden Jahre alte Planet, den sie umgeben — wer Saturn in der Frühzeit des Sonnensystems betrachtet hätte, hätte einen Planeten ohne Ringe gesehen. Ein Teil des Systems entsteht sogar laufend neu: Den äußeren E-Ring speist der Mond Enceladus mit Material aus seinen Geysiren. Dass ein Mond von 500 Kilometern Durchmesser einen ganzen Ring in Betrieb hält, war vor Cassini nicht bekannt.

Wie viele Monde Saturn hat, lässt sich derzeit nicht eindeutig beantworten: Die JPL-Tabelle der Entdeckungsumstände führt 293, science.nasa.gov nannte mit Stand März 2025 274 bestätigte. Ältere Angaben von 33 oder 62 sind überholt und trotzdem die am häufigsten zitierten — es ist die falsch wiedergegebene Zahl schlechthin zu diesem Planeten. Die Spannweite ist enorm: Titan ist im Durchmesser größer als der Planet Merkur, der kleinste bekannte Mond nur so groß wie eine Sporthalle. Im Inneren steckt ein Kern von 15 bis 18 Erdmassen, und die Gasschichten rotieren bis in mindestens 9000 Kilometer Tiefe im Gleichtakt, dreimal so tief wie bei Jupiter.

Saturns mittlere Dichte ist die einzige im Sonnensystem, die unter der von Wasser liegt — und weil so wenig Masse so viel Raum füllt, ist er zugleich der am stärksten abgeplattete Planet.

Radius

58232 km

Masse

5.68317e+26 kg

Schwerkraft

10.44 m/s²

Rotation

10.6562 h

Umlaufdauer

10755.698 d

Mitteltemperatur

-139 °C

Atmosphäre

überwiegend Wasserstoff und Helium; 134 K bei 1 bar, Winde bis 500 m/s am Äquator

Monde

293

Entdeckung

seit der Vorzeit bekannt

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='699'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · science.nasa.gov/saturn/facts/ · science.nasa.gov/saturn/moons/ · science.nasa.gov/mission/cassini/science/rings/ · science.nasa.gov/missions/cassini/nasas-cassini-data-show-saturns-rings-relatively-new/

Mimas

Mimas ist der kleinste der runden Saturnmonde und der innerste der großen — und er wird von einem einzigen Einschlagskrater beherrscht. Herschel misst 130 Kilometer im Durchmesser; bei einem Monddurchmesser von 394 Kilometern reicht er über ein Drittel der sichtbaren Scheibe. Seine Wälle sind rund fünf Kilometer hoch, der Zentralberg erhebt sich sechs Kilometer über den Kraterboden. Der Einschlag dürfte nahe an dem gelegen haben, was der Mond aushalten konnte; der Krater trägt den Namen seines Entdeckers.

Die übrige Oberfläche ist über und über von Kratern bedeckt, viele davon größer als 40 Kilometer, während die Krater am Südpol meist unter 20 Kilometern bleiben. Die mittlere Dichte von 1,1501 g/cm³ ist niedrig, und Wassereis ist der einzige Stoff, der auf Mimas je nachgewiesen wurde. Nichts an diesem Bild deutet auf geologische Aktivität hin — ganz anders als bei Enceladus, der nur wenig weiter außen kreist und laufend Material ins All schleudert.

Umso überraschender fiel eine Auswertung der Cassini-Daten von 2024 aus. Aus feinen Abweichungen in der Bahnbewegung schlossen Valéry Lainey und Kollegen auf einen globalen Ozean unter einer 20 bis 30 Kilometer dicken Eisschicht. Der Hinweis kam also nicht von der Oberfläche, sondern aus der Art, wie sich der Mond bewegt: Ein durch und durch starrer Eisball taumelt anders als einer, dessen Kruste auf Wasser aufliegt.

Aus der Dämpfung der Bahnexzentrizität folgt, dass dieser Ozean erst vor 5 bis 15 Millionen Jahren entstanden sein dürfte — geologisch gesehen gerade eben. Ausgelöst hat ihn vermutlich eine Verdreifachung der Bahnexzentrizität durch den Einfluss der übrigen Saturnmonde, die die Gezeitenheizung entsprechend hochfuhr. Dass die Oberfläche davon nichts zeigt, passt dazu: Sie wurde in dieser kurzen Zeit noch nicht umgearbeitet. Ein Mond kann also einen Ozean besitzen, ohne dass man ihm etwas ansieht — das ändert, wo künftig danach zu suchen ist.

Der Krater Herschel misst 130 Kilometer bei 394 Kilometern Monddurchmesser — ein Drittel der sichtbaren Scheibe ist ein einziger Einschlag.

Radius

198.2 km

Masse

37509000000000000000 kg

Schwerkraft

0.0637 m/s²

Rotation

22.618 h

Umlaufdauer

0.942422 d

Bahnradius

186000 km

Entdeckung

Wilhelm Herschel, 17. September 1789

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/mimas/ · www.nature.com/articles/s41586-023-06975-9 · observatoiredeparis.psl.eu/presence-of-a-young-ocean.html?lang=en

Enceladus

Enceladus ist einer der kleineren Monde des Saturn, rund 500 Kilometer im Durchmesser, und hat trotzdem eine Wirkung weit über seine Größe hinaus. Seine Oberfläche ist praktisch reines Wassereis und reflektiert das Sonnenlicht besser als jeder andere bekannte Körper des Sonnensystems — weil fast alles zurückgeworfen wird, bleibt kaum Energie zum Aufheizen übrig. Am Südpol durchziehen vier etwa 135 Kilometer lange Brüche das Gelände, die sogenannten Tigerstreifen. Aus ihnen treten an vielen Stellen Fontänen aus, die Material mit rund 400 Metern pro Sekunde nach oben schleudern, schnell genug, dass ein Teil davon den Mond für immer verlässt.

Dieses Material speist den E-Ring des Saturn: Der äußerste und breiteste Ring des Planeten besteht aus dem, was ein einziger kleiner Mond laufend nachliefert. Cassini flog direkt durch die Fahne hindurch und wies Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Ammoniak, Salze und Siliziumdioxid nach. Es ist bis heute der einzige Fall, in dem eine Sonde Proben aus dem Inneren einer fremden Welt genommen hat, ohne dort zu landen. Wer wissen will, was in Enceladus' Ozean gelöst ist, muss nicht durch das Eis bohren, sondern nur durch die Fontäne fliegen.

Der Nachschub stammt aus einem Ozean unter dem Eis. Der Eispanzer ist im Mittel 20 bis 25 Kilometer dick, am Südpol jedoch nur einen halben bis fünf Kilometer — dort kommt das Wasser der Oberfläche am nächsten, und genau dort liegen die Brüche. Die mittlere Dichte von 1,6097 g/cm³ ist für einen Eismond hoch und weist auf einen großen Gesteinsanteil hin, also auf einen Meeresboden aus Gestein statt aus Eis. Cassini fand Hinweise auf hydrothermale Aktivität bei Temperaturen über 90 °C, und die Dichte organischer Verbindungen in den Fontänen lag etwa zwanzigmal höher als erwartet.

Geheizt wird das Ganze durch Gezeitenkräfte aus der 2:1-Bahnresonanz mit Dione: Auf einen Umlauf von Dione kommen genau zwei von Enceladus, sodass sich die gegenseitigen Störungen immer an denselben Bahnpunkten aufaddieren und die Bahn leicht elliptisch halten. Es ist dasselbe Prinzip, das im Jupitersystem Ios Vulkane und Europas Ozean unterhält, nur mit zwei statt drei beteiligten Monden. Wie lange dieser Zustand schon anhält und wie lange er anhalten wird, ist offen. Vor Cassini galt Enceladus als toter Eisball.

Ein Mond von 500 Kilometern Durchmesser schleudert aus vier Brüchen an seinem Südpol so viel Eis ins All, dass er damit einen ganzen Saturnring füllt.

Radius

252.1 km

Masse

108030000000000000000 kg

Schwerkraft

0.1135 m/s²

Rotation

32.885 h

Umlaufdauer

1.370218 d

Bahnradius

238400 km

Mitteltemperatur

-201 °C

Entdeckung

Wilhelm Herschel, 28. August 1789

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/enceladus/ · science.nasa.gov/mission/cassini/science/enceladus/

Rhea

Rhea ist nach Titan der zweitgrößte Mond des Saturn und im Wesentlichen ein großer, kalter Eisball. Die mittlere Dichte von 1,2372 g/cm³ liegt nur wenig über der von Wasser und ergibt eine Zusammensetzung aus rund drei Vierteln Eis und einem Viertel Gestein. Anders als bei Enceladus oder Mimas gibt es keinen Hinweis auf flüssiges Wasser im Inneren; Rhea steht in keiner Bahnresonanz, die dauerhaft Gezeitenwärme liefern würde. Bei diesen Temperaturen verhält sich Wassereis wie Gestein — es bricht, statt zu fließen.

Die Oberfläche ist alt und dicht bekratert; die Ebenen werden auf rund vier Milliarden Jahre geschätzt. Zwei Kraterpopulationen lassen sich unterscheiden: Regionen, in denen Krater von mehr als 40 Kilometern Durchmesser vorkommen, und Regionen, in denen alle Krater kleiner bleiben. Das deutet auf zwei getrennte Phasen von Einschlägen mit unterschiedlich großen Geschossen hin. Dazu kommen helle Bruchsysteme, an denen Teile der Kruste abgesackt sind und Schluchten von mehreren hundert Metern Tiefe hinterlassen haben; hell erscheinen sie, weil an den Bruchkanten frisches Eis freiliegt.

Wärme bekommt Rhea allein von der Sonne, und die liefert in Saturns Abstand nur noch etwa ein Prozent dessen, was auf die Erde fällt. Es gibt keine Atmosphäre, die davon etwas verteilen könnte, und poröses Eis leitet kaum. Warm wird deshalb genau die Stelle, auf die die Sonne gerade scheint, und sonst nichts; zwischen Sonne und Schatten liegen fast 50 Grad Unterschied. Die Grenze zwischen Tag- und Nachtseite ist damit zugleich eine scharfe Temperaturgrenze.

2010 wies Cassini über Rhea eine extrem dünne Gashülle aus Sauerstoff und Kohlendioxid nach — die erste sauerstoffhaltige Atmosphäre, die außerhalb der Erde direkt gemessen wurde. So dünn sie ist, enthält sie an der Oberfläche immer noch rund hundertmal mehr Sauerstoff als die Exosphären des Erdmondes oder des Merkur. Entstanden ist er vermutlich dort, wo geladene Teilchen aus Saturns Magnetfeld auf das Wassereis treffen und die Moleküle aufspalten. Sauerstoff ist hier also kein Zeichen von Leben, sondern von Strahlung.

Über Rhea maß Cassini 2010 die erste sauerstoffhaltige Gashülle außerhalb der Erde — erzeugt nicht von Leben, sondern von Strahlung, die Wassereis aufspaltet.

Radius

763.5 km

Masse

2.3065e+21 kg

Schwerkraft

0.2641 m/s²

Rotation

108.42 h

Umlaufdauer

4.517503 d

Bahnradius

527200 km

Atmosphäre

extrem dünne Exosphäre aus Sauerstoff und Kohlendioxid, rund fünf Billionen Mal dünner als die Erdatmosphäre

Entdeckung

Giovanni Domenico Cassini, 23. Dezember 1672

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/rhea/

Titan

Titan ist der größte Mond des Saturn, nach Ganymed der zweitgrößte des Sonnensystems und im Durchmesser größer als der Planet Merkur. Vor allem aber ist er der einzige Mond mit einer dichten Atmosphäre — sie drückt stärker auf den Boden als die irdische, obwohl Titans Schwerkraft nur etwa ein Siebtel der irdischen beträgt. Dass sie nicht längst ins All entwichen ist, liegt an der Kälte: Bei diesen Temperaturen bewegen sich die Gasmoleküle zu langsam, um dem Mond zu entkommen. Ein Dunst aus Kohlenwasserstoffen macht die Oberfläche im sichtbaren Licht undurchsichtig; kartiert wurde sie deshalb mit Radar und im Infraroten.

In dieser Kälte ist Methan flüssig, und Titan ist neben der Erde der einzige Körper des Sonnensystems, auf dem Flüssigkeit dauerhaft an der Oberfläche steht. Es gibt Wolken, Regen, Flusstäler und Seen — einen vollständigen Kreislauf, in dem Methan die Rolle übernimmt, die auf der Erde das Wasser spielt. Fast alle Seen und Meere liegen um den Nordpol. Kraken Mare, das größte, ist etwa so groß wie das Kaspische Meer und der Obere See zusammen; entlang seiner Ostküste maß Cassini Tiefen von 20 bis 35 Metern. Ligeia Mare, das zweitgrößte, misst rund 500 Kilometer in der Ausdehnung.

Christiaan Huygens sah Titan 1655 als Lichtpunkt neben Saturn; 350 Jahre später setzte die nach ihm benannte Sonde dort auf — bis heute die einzige Landung im äußeren Sonnensystem. Ihre Messungen deuten auf einen Ozean aus Wasser unter der Eiskruste hin, also auf Flüssigkeit in zwei getrennten Stockwerken: Methan oben, Wasser tief darunter. Die mittlere Dichte von 1,8814 g/cm³ ist die höchste unter den Saturnmonden und spricht für einen erheblichen Gesteinsanteil im Inneren.

Was die Chemie dort oben hervorbringt, ist die offene Frage. Sonnenlicht zerlegt in der oberen Atmosphäre Methanmoleküle, deren Bruchstücke sich zu größeren kohlenstoffhaltigen Verbindungen zusammenlagern und als Dunst zu Boden sinken — Titan erzeugt also fortlaufend organisches Material, ohne dass Leben im Spiel wäre. Ungeklärt bleibt, was das Methan nachliefert, das dabei laufend verbraucht wird. Ab 2028 soll die NASA-Mission Dragonfly mit einem Fluggerät mehrere Stellen der Oberfläche nacheinander untersuchen. Bei dichter Atmosphäre und schwacher Schwerkraft ist Fliegen dort einfacher als Fahren.

Titan ist neben der Erde der einzige Ort im Sonnensystem, an dem Flüssigkeit dauerhaft an der Oberfläche steht — nur besteht sie aus Methan.

Radius

2574.76 km

Masse

1.3452e+23 kg

Schwerkraft

1.354 m/s²

Rotation

382.691 h

Umlaufdauer

15.945448 d

Bahnradius

1221900 km

Mitteltemperatur

-179 °C

Atmosphäre

etwa 95 % Stickstoff, etwa 5 % Methan; Bodendruck rund 60 % über dem irdischen

Entdeckung

Christiaan Huygens, 25. März 1655

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/titan/facts/ · science.nasa.gov/saturn/moons/titan/ · science.nasa.gov/saturn/facts/ · science.nasa.gov/resource/plumbing-coastal-depths-in-titans-kraken-mare/ · www.jpl.nasa.gov/images/pia17472-titans-north-the-big-picture/

Iapetus

Auffällig an Iapetus, dem drittgrößten Mond des Saturn, ist die Färbung. Die in Bewegungsrichtung vorauslaufende Hemisphäre hat eine Albedo von 0,03 bis 0,05 und ist damit so dunkel wie Asphalt, mit einem leichten Rotstich; die nachlaufende kommt auf 0,5 bis 0,6 und ist so hell wie frischer Schnee. Ein Faktor von mehr als zehn zwischen zwei Seiten desselben Körpers ist im Sonnensystem einmalig. Weil Iapetus gebunden rotiert, zeigt immer dieselbe Hälfte nach vorn — sie sammelt seit Milliarden Jahren auf, was ihr auf der Bahn entgegenkommt.

Die zweite Besonderheit ist ein Gebirgszug, der dem Äquator folgt und Höhen bis zu zehn Kilometern erreicht. Er zieht sich über einen großen Teil des Umfangs und liegt so genau auf dem Äquator, dass ein Zufall unwahrscheinlich ist. Diskutiert werden unter anderem ein eigener Ring, der auf den Mond herabgestürzt ist, und eine erstarrte Ausbeulung aus einer Zeit sehr viel schnellerer Rotation. Eine allgemein akzeptierte Erklärung gibt es bis heute nicht.

Iapetus läuft weiter draußen als jeder andere große Saturnmond, und seine Bahn ist mit 7,6 Grad gegen die Laplace-Ebene geneigt, während die übrigen großen Monde alle unter einem Grad bleiben. Aus dieser Schräglage heraus wäre das Ringsystem als Fläche zu sehen und nicht bloß als Strich, wie es sich von den anderen Monden aus zeigt. Woher die Neigung stammt, ist ungeklärt. Iapetus steht zudem in einer Bahnbeziehung zu Titan, dem weit größeren Mond weiter innen.

Die mittlere Dichte von 1,0887 g/cm³ liegt knapp über der von Wasser; Iapetus besteht damit zu etwa drei Vierteln aus Eis und zu einem Viertel aus Gestein. Das dunkle Material der Vorderseite ist folglich nur eine Auflage, keine eigene Gesteinshälfte — darunter liegt dasselbe Eis wie überall sonst. Genau das macht den Farbunterschied erklärungsbedürftig: Er gehört nicht zum Bauplan des Mondes, sondern ist ein Ergebnis seiner Bahn.

Die eine Hälfte von Iapetus reflektiert zehnmal so viel Licht wie die andere — und ein Gebirge von bis zu zehn Kilometern Höhe folgt exakt dem Äquator, ohne dass jemand erklären kann, warum.

Radius

734.3 km

Masse

1.8056e+21 kg

Schwerkraft

0.2235 m/s²

Rotation

1903.944 h

Umlaufdauer

79.331002 d

Bahnradius

3561700 km

Entdeckung

Giovanni Domenico Cassini, 25. Oktober 1671

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/iapetus/

Uranus

Uranus ist der siebte Planet von der Sonne und zählt mit Neptun zu den Eisriesen. „Eis“ meint dabei kein festes Eis: Mindestens 80 Prozent der Masse stecken in einem heißen, dichten Fluid aus Wasser, Methan und Ammoniak über einem kleinen Gesteinskern, und eine Oberfläche, auf der man stehen könnte, gibt es nicht. Er umkreist die Sonne in 19,19 astronomischen Einheiten Abstand, also fast dem Zwanzigfachen des Erdabstands. Das Methan in der oberen Atmosphäre schluckt den roten Anteil des Sonnenlichts; zurück bleibt das Cyan bis Blaugrün, in dem der Planet erscheint. Kälter als hier wird es in keiner Planetenatmosphäre des Sonnensystems, obwohl Neptun anderthalbmal so weit von der Sonne entfernt ist; die Winde erreichen dabei bis zu 900 Kilometer pro Stunde.

Die Rotationsachse ist um 97,77 Grad gegen die Bahnebene gekippt: Uranus rollt liegend um die Sonne und dreht sich dabei rückwärts. Als Ursache gilt eine Kollision mit einem etwa erdgroßen Körper in der Frühzeit des Sonnensystems. Für die Jahreszeiten heißt das, dass die Sonne nacheinander über jedem Pol im Zenit steht, während die andere Planetenhälfte 21 Jahre am Stück im Dunkeln liegt. Mitgekippt ist das gesamte Mondsystem: Die großen Monde laufen in der Äquatorebene und ziehen deshalb, von der Erde aus gesehen, konzentrische Kreise um den Planeten statt einer flachen Linie quer über ihn.

Wilhelm Herschel hielt das langsam wandernde Objekt, das er 1781 im Teleskop fand, zunächst für einen Kometen. Es war der erste Planet, der nicht seit der Vorzeit bekannt war, und mit ihm verdoppelte sich der Radius des bekannten Sonnensystems — Saturn, bis dahin der äußerste Planet, steht bei 9,5 astronomischen Einheiten. Gut sechs Jahrzehnte später bewegte sich Uranus messbar anders, als die Rechnung es verlangte; aus diesen Abweichungen wurde die Position Neptuns bestimmt.

Besucht hat Uranus bisher eine einzige Sonde. Voyager 2 passierte ihn am 24. Januar 1986 in 81.500 Kilometern Abstand über den Wolken und brachte aus wenigen Stunden zehn neue Monde, zwei zusätzliche Ringe zu den neun bekannten und den Nachweis eines Magnetfelds, dessen Achse fast 60 Grad gegen die Rotationsachse geneigt und um ein Drittel des Planetenradius aus dem Zentrum versetzt ist. Wegen der Achsneigung war dabei nur eine Hemisphäre des Systems beleuchtet. Fast alles, was über Uranus und seine Monde im Detail bekannt ist, stammt aus diesen Stunden. Gefunden wird trotzdem weiter, nur eben von der Erde aus: Der jüngste der 29 bekannten Monde, S/2025 U1, tauchte am 2. Februar 2025 auf Aufnahmen des James-Webb-Teleskops auf.

Uranus rollt auf der Seite: Jeder Pol liegt 21 Jahre am Stück im Dunkeln, und das ganze Mondsystem ist mitgekippt.

Radius

25362 km

Masse

8.68099e+25 kg

Schwerkraft

8.87 m/s²

Rotation

-17.24 h

Umlaufdauer

30687 d

Atmosphäre

82,5 % Wasserstoff, 15,2 % Helium, 2,3 % Methan

Monde

29

Entdeckung

13. März 1781 durch Wilhelm Herschel

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · science.nasa.gov/uranus/facts/ · science.nasa.gov/uranus/ · science.nasa.gov/uranus/moons/ · science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-2/ · science.nasa.gov/blogs/webb/2025/08/19/new-moon-discovered-orbiting-uranus-using-nasas-webb-telescope/ · science.nasa.gov/missions/hubble/240-years-ago-astronomer-william-herschel-identifies-uranus-as-the-seventh-planet/ · nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/uranusfact.html

Miranda

Miranda ist der innerste und kleinste der fünf großen Uranusmonde, rund ein Siebtel so groß wie der Erdmond. Sie besteht etwa je zur Hälfte aus Wassereis und Silikatgestein; ihre mittlere Dichte von 1,178 g/cm³ ist die niedrigste der fünf. Wie alle großen Uranusmonde rotiert sie gebunden und zeigt dem Planeten stets dieselbe Seite. Bemerkenswert ist an ihr aber nicht die Größe, sondern die Oberfläche.

Drei ausgedehnte Coronae — großflächige, kaum verkraterte Systeme aus Rücken und Tälern — haben in dieser Form kein Gegenstück im Sonnensystem. Einzelne Bruchcanyons sind bis zu zwölfmal tiefer als der Grand Canyon, und terrassierte Schichten stehen unmittelbar neben Flächen, die sehr alt wirken, und anderen, die deutlich jünger aussehen. Ein Körper dieser Größe sollte eigentlich keine solche Vielfalt zeigen; wie die Mischung zustande kam, ist offen.

Die auffälligste Struktur ist Verona Rupes, eine Steilwand von rund 20 Kilometern Höhe und damit die höchste bekannte im Sonnensystem. Weil Mirandas Schwerkraft nur etwa ein Zweihundertstel der irdischen beträgt, fiele ein Stein von der Kante ungefähr zehn Minuten lang, bevor er unten aufschlägt. Ob die Wand von einem großen Einschlag oder von tektonischen Bewegungen stammt, ist nicht geklärt.

Gerard P. Kuiper fand Miranda 1948 am McDonald-Observatorium in Texas — als letzten Uranusmond vor dem Besuch von Voyager 2. Der Name stammt von Prosperos Tochter in Shakespeares „Der Sturm“; die Uranusmonde tragen durchweg Namen aus Shakespeare und Alexander Pope statt aus der antiken Mythologie. Praktisch alles, was über die Oberfläche bekannt ist, stammt aus den Nahaufnahmen eines einzigen Vorbeiflugs am 24. Januar 1986. Eine zweite Gelegenheit gab es seither nicht.

Verona Rupes ist rund 20 Kilometer hoch — die höchste bekannte Steilwand im Sonnensystem.

Radius

235.8 km

Masse

64400000000000000000 kg

Schwerkraft

0.077 m/s²

Rotation

33.92 h

Umlaufdauer

1.413479 d

Bahnradius

129846 km

Entdeckung

16. Februar 1948 durch Gerard P. Kuiper

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/miranda/ · science.nasa.gov/uranus/moons/ · apod.nasa.gov/apod/ap201129.html

Ariel

Ariel ist der zweitinnerste der fünf großen Uranusmonde und praktisch der Zwilling Umbriels: Beide sind fast gleich groß, gleich dicht und laufen gebunden auf nahezu kreisförmigen Bahnen. Im Aussehen sind sie Gegensätze. Ariel hat die hellste und jüngste Oberfläche der fünf, Umbriel die dunkelste und älteste. Wie die übrigen großen Monde besteht Ariel ungefähr zu gleichen Teilen aus Wassereis und Silikatgestein; auf der Oberfläche wurde zusätzlich Kohlendioxid nachgewiesen.

Für das geringe Alter der Oberfläche sprechen wenige große Krater, dafür viele kleine, und Grabenbrüche, die auf tektonische Dehnung hindeuten: Die ältere Kraterlandschaft wurde offenbar großflächig überprägt. In Opposition steigt die Helligkeit sprunghaft an, und die Temperatur folgt der Einstrahlung ohne nennenswerte thermische Trägheit — beides spricht für eine poröse, stark zerkleinerte Oberfläche. Hell ist dabei relativ: Keiner der fünf wirft mehr als etwa ein Drittel des einfallenden Sonnenlichts zurück.

Entdeckt hat Ariel 1851 der englische Amateurastronom William Lassell; den Namen vergab John Herschel auf Lassells Bitte hin, nach dem Luftgeist aus Shakespeares „Der Sturm“, der auch in Alexander Popes „Der Lockenraub“ auftritt. Alles Detailwissen über die Oberfläche stammt aus dem Vorbeiflug von Voyager 2 im Januar 1986. Weil die Achse des Uranussystems fast in der Bahnebene liegt, war damals nur eine Hemisphäre beleuchtet — die andere Hälfte Ariels hat noch nie jemand aus der Nähe gesehen.

Ariel und Umbriel sind fast gleich groß — und doch hat der eine die jüngste und hellste, der andere die älteste und dunkelste Oberfläche der fünf.

Radius

578.9 km

Masse

1.251e+21 kg

Schwerkraft

0.249 m/s²

Rotation

60.49 h

Umlaufdauer

2.520379 d

Bahnradius

190929 km

Entdeckung

24. Oktober 1851 durch William Lassell

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/ariel/ · science.nasa.gov/uranus/moons/

Umbriel

Umbriel ist der dritte der fünf großen Uranusmonde von innen gerechnet und fast genau so groß und so dicht wie sein Nachbar Ariel. Seine Oberfläche hat damit nichts gemein: Sie ist alt, dicht verkratert und mit 16 Prozent Rückstrahlung die dunkelste der fünf, etwa so dunkel wie das Hochland des Erdmondes. Hinweise auf eine spätere geologische Umgestaltung fehlen weitgehend. Warum die Kraterlandschaft so stark abgedunkelt ist, ist bis heute ungeklärt.

Auf dieser dunklen Fläche fand Voyager 2 einen auffällig hellen Ring von rund 140 Kilometern Durchmesser — möglicherweise Frostablagerungen an einem Einschlagkrater, sicher belegt ist das nicht. Viel mehr als diesen Befund gibt das Material nicht her: Die vorhandenen Nahaufnahmen zeigen überwiegend die stark verkraterte Südhalbkugel und entstanden aus rund 557.000 Kilometern Entfernung, weit außerhalb der Reichweite, die eine Kartierung erlauben würde.

William Lassell entdeckte Umbriel 1851 am selben Tag wie Ariel. Der Name stammt nicht von Shakespeare, sondern von einem bösartigen Geist aus Alexander Popes Versepos „Der Lockenraub“ — dass ausgerechnet der dunkelste der fünf so heißt, ist Zufall: Der Name stand mehr als ein Jahrhundert vor den ersten Aufnahmen fest.

Umbriel reflektiert nur 16 Prozent des Lichts; warum seine alte Kraterlandschaft so dunkel ist, weiß niemand.

Radius

584.7 km

Masse

1.275e+21 kg

Schwerkraft

0.249 m/s²

Rotation

99.46 h

Umlaufdauer

4.144177 d

Bahnradius

265986 km

Entdeckung

24. Oktober 1851 durch William Lassell

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/umbriel/ · science.nasa.gov/uranus/moons/

Titania

Titania ist der größte Mond des Uranus, rotiert gebunden und trägt das neutrale Grau, das für die großen Uranusmonde typisch ist. Auffällig ist erst, was Voyager 2 entlang der Tag-Nacht-Grenze fand: ein ausgedehntes System von Bruchtälern, von denen einzelne fast 1.600 Kilometer lang sind. Bei einem Mondumfang von knapp 5.000 Kilometern zieht sich ein solches Tal über rund ein Drittel des Wegs um den Mond herum.

Solche Dehnungsstrukturen entstehen, wenn ein Körper von innen aufreißt — sie gelten als Beleg dafür, dass Titania geologisch aktiv war. An den sonnenzugewandten Talwänden liegen stark reflektierende Ablagerungen, bei denen es sich um Frost handeln könnte. Wann diese Phase begann, wie lange sie dauerte und was sie beendete, lässt sich aus dem vorhandenen Material nicht bestimmen.

Wilhelm Herschel entdeckte Titania 1787, sechs Jahre nach dem Planeten selbst und am selben Abend wie Oberon; der Name geht auf die Elfenkönigin aus Shakespeares „Ein Sommernachtstraum“ zurück. Wie bei allen Uranusmonden beruht das gesamte Bildmaterial auf dem einen Vorbeiflug im Januar 1986. Eine Sonde, die den größten Mond des Systems aus der Nähe kartieren könnte, war seither nicht dort.

Ein einzelnes Bruchtal auf Titania ist fast 1.600 Kilometer lang — rund ein Drittel des Wegs um den Mond herum.

Radius

788.9 km

Masse

3.4e+21 kg

Schwerkraft

0.365 m/s²

Rotation

208.94 h

Umlaufdauer

8.705869 d

Bahnradius

436298 km

Entdeckung

11. Januar 1787 durch Wilhelm Herschel

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/titania/ · science.nasa.gov/uranus/moons/

Oberon

Oberon ist der zweitgrößte Mond des Uranus und der äußerste der fünf großen. Mit 1,664 g/cm³ hat er die höchste mittlere Dichte der Gruppe, besteht aber wie die anderen etwa zur Hälfte aus Eis und zur Hälfte aus Gestein und rotiert gebunden. Seine Oberfläche ist dicht verkratert, ähnlich wie die Umbriels und deutlich stärker als bei den drei inneren der großen Monde; Anzeichen für eine spätere großflächige Umgestaltung fehlen.

Mindestens ein Berg ragt rund sechs Kilometer über die Umgebung auf. Sichtbar wurde er nur, weil er zufällig auf der Silhouette am Rand der Mondscheibe stand und sich dort im Profil abzeichnete — bei einem einzigen Vorbeiflug lassen sich Höhen sonst kaum bestimmen. Vor diesem Vorbeiflug im Januar 1986 war über Oberon so gut wie nichts bekannt, und die Aufnahme von damals ist bis heute die beste, die es gibt.

Entdeckt hat Oberon Wilhelm Herschel 1787, in derselben Nacht wie Titania. Den Namen vergab sein Sohn John Herschel Anfang des 19. Jahrhunderts nach dem Elfenkönig aus Shakespeares „Ein Sommernachtstraum“ — Titania und Oberon, in einer Nacht gefunden, tragen seither die Namen eines Paares.

Ein Berg von rund sechs Kilometern Höhe wurde am Rand der Mondscheibe im Profil erfasst — auf der bis heute besten Aufnahme des Mondes.

Radius

761.4 km

Masse

3.076e+21 kg

Schwerkraft

0.354 m/s²

Rotation

323.12 h

Umlaufdauer

13.463237 d

Bahnradius

583511 km

Entdeckung

11. Januar 1787 durch Wilhelm Herschel

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/oberon/ · science.nasa.gov/uranus/moons/

Neptun

Neptun ist der achte und äußerste Planet des Sonnensystems und zählt mit Uranus zu den Eisriesen. Unter den vier Riesenplaneten ist er mit 1,638 g/cm³ der dichteste. Er steht rund 4,5 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt, dem Dreißigfachen des Erdabstands; das Sonnenlicht braucht dorthin vier Stunden und kommt rund 900-mal schwächer an als bei uns. Das Methan in der Atmosphäre schluckt die roten Anteile dieses Lichts und lässt den Planeten blau erscheinen.

Neptun ist der einzige Planet, der zuerst gerechnet und dann gesehen wurde. Uranus bewegte sich nicht so, wie es die Himmelsmechanik verlangte, und der französische Mathematiker Urbain Le Verrier leitete aus diesen Störungen Position und Masse eines unbekannten Körpers ab, der sie verursachen musste. Er schickte die Vorhersage an Johann Gottfried Galle an der Berliner Sternwarte, und Galle fand den Planeten 1846 in der ersten Suchnacht. Gesehen hatte ihn vorher schon Galilei, 1612 und 1613, aber für einen Fixstern gehalten. Wie langsam Neptun unterwegs ist, zeigt sich daran, dass er erst 2011 seinen ersten vollen Umlauf seit der Entdeckung hinter sich hatte.

Trotz der geringen Energiezufuhr treten auf Neptun die schnellsten gemessenen Winde des Sonnensystems auf: über 2000 km/h, dreimal so stark wie auf Jupiter und neunmal so stark wie auf der Erde, wo Spitzenwerte bei etwa 400 km/h liegen. Die Sturmsysteme sind nicht dauerhaft. Voyager 2 beobachtete 1989 in der Südhemisphäre einen ovalen Fleck von Erdgröße, den Großen Dunklen Fleck; er ist inzwischen verschwunden, andere sind an anderen Stellen aufgetaucht.

Fünf Hauptringe sind bekannt — Galle, Leverrier, Lassell, Arago und Adams —, dazu vier auffällige Materiebögen im äußeren Adams-Ring, die offenbar von der Schwerkraft des Mondes Galatea zusammengehalten werden. Der größte der 16 Monde ist Triton, der Neptun rückläufig umkreist und deshalb nicht dort entstanden sein kann. Wie bei Uranus steht die Achse des Magnetfelds stark schief zur Rotationsachse, hier um etwa 47 Grad; das Feld selbst ist rund 27-mal stärker als das der Erde. Voyager 2 ist bis heute die einzige Sonde, die Neptun besucht hat.

Neptun wurde gerechnet, bevor er gesehen wurde: Le Verrier gab die Position an, Galle fand ihn 1846 in der ersten Suchnacht.

Radius

24622 km

Masse

1.024092e+26 kg

Schwerkraft

11.15 m/s²

Rotation

16.11 h

Umlaufdauer

60189 d

Mitteltemperatur

-201 °C

Atmosphäre

überwiegend Wasserstoff und Helium, dazu etwas Methan

Monde

16

Entdeckung

1846 von Johann Gottfried Galle, nach der Positionsvorhersage von Urbain Le Verrier

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='899'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · science.nasa.gov/neptune/neptune-facts/ · science.nasa.gov/neptune/

Triton

Triton ist der mit Abstand größte der 16 Monde Neptuns. Seine mittlere Dichte von 2,065 g/cm³ ist für einen Mond des äußeren Sonnensystems hoch und verweist auf einen großen Gesteinsanteil im Inneren. Er umläuft Neptun auf einer nahezu kreisförmigen Bahn und dreht sich dabei gebunden, zeigt dem Planeten also stets dieselbe Seite. Nur läuft er in die falsche Richtung.

Die Bahnneigung beträgt 157,3 Grad gegen die Laplace-Ebene, und alles über 90 Grad bedeutet rückläufige Bewegung: Triton umkreist Neptun entgegen dessen Drehrichtung und ist der einzige große Mond des Sonnensystems, bei dem das so ist. Ein Mond, der mit seinem Planeten zusammen aus derselben Scheibe entsteht, erbt deren Drehsinn und kann auf einer solchen Bahn nicht enden. Triton wurde also mit hoher Wahrscheinlichkeit eingefangen, und seine Ähnlichkeit mit Pluto weist darauf hin, woher: aus dem Kuipergürtel.

Der Einfang wirkt bis heute nach. Gezeitenkräfte zwischen Neptun und Triton entziehen der Bahn Energie, sodass sie langsam schrumpft. Eine Modellrechnung von Chyba, Jankowski und Nicholson aus dem Jahr 1989 setzt an, dass Triton die Roche-Grenze Neptuns in etwa 3,6 Milliarden Jahren erreicht, wobei die Bahnneigung dabei abnimmt; unter anderen Annahmen für den Rotationszustand kommen die Autoren auf rund 1,4 Milliarden Jahre. Innerhalb der Roche-Grenze würden Gezeitenkräfte den Mond auseinanderziehen.

Trotz Oberflächentemperaturen um −235 °C ist Triton geologisch aktiv. Voyager 2 fand 1989 Geysire, die eisiges Material mehr als 8 km hoch schleudern; neben Erde, Io und Venus ist Triton einer der wenigen Körper mit nachgewiesenem gegenwärtigem Vulkanismus. Die dünne Stickstoffatmosphäre geht vermutlich auf eben diese Aktivität zurück. Der größte Teil des Stickstoffs ist als Frost ausgefroren und macht die Oberfläche so hell, dass sie 70 Prozent des einfallenden Sonnenlichts zurückwirft. Gefunden hat Triton William Lassell 1846, 17 Tage nach der Entdeckung des Planeten selbst.

Triton läuft rückläufig um Neptun — er kann dort nicht entstanden sein, sondern wurde eingefangen, und seine Bahn schrumpft seither.

Radius

1352.6 km

Masse

2.1403e+22 kg

Schwerkraft

0.781 m/s²

Rotation

141.05 h

Umlaufdauer

5.876994 d

Bahnradius

354800 km

Mitteltemperatur

-235 °C

Atmosphäre

dünn, überwiegend Stickstoff mit etwas Methan

Entdeckung

10. Oktober 1846 von William Lassell

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='801'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · science.nasa.gov/neptune/moons/triton/ · science.nasa.gov/neptune/neptune-facts/ · ntrs.nasa.gov/citations/19890064536

Pluto

Pluto ist ein Zwergplanet jenseits der Neptunbahn; die Schwerkraft an seiner Oberfläche beträgt etwa sechs Prozent des irdischen Werts. Seine Bahn ist deutlich exzentrischer und stärker geneigt als die aller Planeten: Bei einer Exzentrizität von 0,252 und 17,1 Grad Neigung schwankt der Sonnenabstand zwischen 29,6 und 49,6 astronomischen Einheiten. Die Rotation ist rückläufig, die Achse um 57 Grad gegen die Bahnebene geneigt.

Zeitweise ist Pluto der Sonne damit näher als Neptun; zuletzt war das von 1979 bis 1999 der Fall. Nahekommen können sich die beiden trotzdem nie, denn Pluto steht in einer 2:3-Bahnresonanz mit Neptun: Auf drei Neptunumläufe kommen genau zwei Plutoumläufe, und dieser feste Takt sorgt dafür, dass Pluto jedes Mal weit entfernt von Neptun steht, wenn er dessen Bahn kreuzt.

Entdeckt wurde Pluto 1930 von Clyde Tombaugh am Lowell Observatory in Arizona und über Jahrzehnte als neunter Planet geführt. Nachdem im Kuipergürtel weitere Körper vergleichbarer Größe gefunden worden waren, ordnete die Internationale Astronomische Union ihn 2006 als Zwergplaneten ein. Maßgeblich war das Kriterium, dass ein Planet die Umgebung seiner Bahn freigeräumt haben muss; Pluto bewegt sich in einer Region, in der andere Objekte seine Bahn kreuzen. Größe, Rundung und Bahn blieben davon unberührt — geändert hat sich das Wissen über die Nachbarschaft, nicht der Körper.

Bis 2015 war Pluto nur als Lichtpunkt bekannt. Am 14. Juli 2015 passierte die Sonde New Horizons das System und lieferte die ersten Aufnahmen der Oberfläche: Berge aus Wassereis von 2 bis 3 km Höhe, bis zu 600 km lange Gräben, Krater von bis zu 260 km Durchmesser — und kraterfreie Ebenen aus gefrorenem Stickstoff, deren Muster auf Konvektion hindeutet und die deshalb noch jung sein müssen. Auch die dünne Atmosphäre aus Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid folgt der exzentrischen Bahn: In Sonnennähe dehnt sie sich aus, auf dem sonnenfernen Bahnabschnitt friert sie weitgehend auf die Oberfläche aus. Von den fünf Monden ist Charon so groß, dass die NASA von einem Doppelplaneten spricht.

Die 2:3-Resonanz mit Neptun führt Pluto zeitweise näher an die Sonne als Neptun — und verhindert zugleich, dass sich beide je nahekommen.

Radius

1188.3 km

Masse

1.307e+22 kg

Schwerkraft

0.611 m/s²

Rotation

153.293 h

Umlaufdauer

90981.7 d

Mitteltemperatur

-232 °C

Atmosphäre

dünn, überwiegend molekularer Stickstoff, dazu Methan und Kohlenmonoxid

Monde

5

Entdeckung

1930 von Clyde Tombaugh am Lowell Observatory; seit 2006 als Zwergplanet eingestuft

ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='999'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd-api.jpl.nasa.gov/sbdb.api?sstr=Pluto&phys-par=1&full-prec=1 · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · science.nasa.gov/dwarf-planets/pluto/facts/ · science.nasa.gov/neptune/neptune-facts/ · www.nasa.gov/solar-system/pluto-features-given-first-official-names/

Charon

Charon ist etwa halb so groß wie Pluto — kein anderer Mond des Sonnensystems erreicht im Verhältnis zu seinem Zentralkörper eine solche Größe. Dazu steht er ihm sehr nahe: Der Erdmond ist zwanzigmal weiter von seinem Planeten entfernt. Beides zusammen macht aus Pluto und Charon weniger einen Planeten mit Trabanten als ein Paar.

Das Massenverhältnis von Charon zu Pluto liegt bei 0,122 — hoch genug, dass der gemeinsame Schwerpunkt nicht mehr im Inneren Plutos liegt, sondern rund 2100 km von dessen Mittelpunkt entfernt und damit etwa 940 km über der Oberfläche. Die beiden umkreisen also einen Punkt im leeren Raum zwischen sich; die NASA spricht von einem Doppelplaneten. Sie sind zudem gegenseitig gebunden: Charons Umlauf und Plutos Rotation dauern gleich lang, sodass der Mond von Pluto aus stets über derselben Stelle steht und weder auf- noch untergeht — von der abgewandten Hälfte Plutos aus ist er nie zu sehen.

Entdeckt wurde Charon 1978 von James Christy und Robert Harrington am U.S. Naval Observatory in Flagstaff, Arizona — knapp zehn Kilometer von der Stelle entfernt, an der Pluto gefunden worden war. Die beiden suchten keine Monde, sondern wollten Plutos Sonnenbahn genauer bestimmen. Christy fiel auf, dass Plutos Abbild eigenartig länglich war und dass die Richtung dieser Verzerrung im Takt von 6,39 Tagen wechselte, also mit Plutos Rotationsperiode. Ältere Aufnahmen aus dem Archiv zeigten dasselbe Muster und bestätigten den Befund.

New Horizons lieferte im Juli 2015 die ersten Nahaufnahmen. Sie zeigen zahlreiche Krater, wie sie nach Milliarden Jahren Bombardement zu erwarten waren, daneben aber auch Schluchten, die länger und tiefer sind als der Grand Canyon, und ausgedehnte glatte Flächen, die auf eine jüngere Erneuerung der Oberfläche hindeuten. Woher ein Körper dieser Größe die Energie dafür nahm, ist offen. Auffällig ist außerdem eine rötliche Nordpolkappe; insgesamt bleibt Charons Farbpalette einheitlicher als die Plutos.

Der gemeinsame Schwerpunkt von Pluto und Charon liegt rund 940 km über Plutos Oberfläche — die beiden umkreisen einen Punkt im leeren Raum.

Radius

606 km

Masse

1.5897e+21 kg

Schwerkraft

0.289 m/s²

Rotation

153.293 h

Umlaufdauer

6.387222 d

Bahnradius

19600 km

Entdeckung

Juni 1978 von James Christy und Robert Harrington am U.S. Naval Observatory

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='901'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='999'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · science.nasa.gov/dwarf-planets/pluto/moons/charon/ · science.nasa.gov/dwarf-planets/pluto/facts/ · starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/solar_system_level2/pluto_charon.html

Sun

The Sun holds 99.8 percent of the mass of the solar system; eight planets, every moon, all asteroids and comets share what is left. It carries more than 330,000 Earth masses and 109 times Earth's radius, but it has no surface in any ordinary sense: the edge we see is simply the depth at which the gas turns transparent. Despite a crushingly dense core, its mean density of 1.408 g/cm³ is barely above that of water.

The energy comes from nuclear fusion in the core, where hydrogen fuses into helium at about 15 million degrees Celsius and a density of some 150 g/cm³ — ten times that of gold. In the process the Sun converts 4.26 billion kilograms of mass into radiation every second, for an output of 3.828 × 10^26 watts. That light takes 8 minutes 19 seconds to reach Earth, so the Sun anyone looks at is always the Sun of eight minutes ago.

All we ever see is the photosphere, a layer roughly 500 kilometres deep — barely a thousandth of the solar radius. Across it the temperature falls outward from 6600 to 4400 kelvin. Above it the trend reverses: the corona reaches up to two million degrees Celsius, far hotter than the surface beneath it. How energy makes that jump against the temperature gradient is still not fully explained.

Having no solid body, the Sun has no single rotation period: the equator comes round in about 25 days, the polar regions take some 36. Its axis is tilted 7.25 degrees to the ecliptic, and sunspots return on an average cycle of 11.4 years. Counted by atoms, the Sun is about 92 percent hydrogen and 8 percent helium, with everything heavier together under 5 percent. Its age is put at 4.6 billion years.

Every second the Sun turns 4.26 billion kilograms of itself into radiation — and has done so for 4.6 billion years.

Radius

695700 km

Mass

1.98841e+30 kg

Surface gravity

274 m/s²

Rotation

609.12 h

Mean temperature

5499 °C

Atmosphere

hydrogen-helium photosphere at an effective 5772 K; corona up to 2 million °C

Discovery

known since antiquity

ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='10'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · science.nasa.gov/sun/facts/ · solarscience.msfc.nasa.gov/interior.shtml · imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/sun1.html · acd-ext.gsfc.nasa.gov/anonftp/acd/daac_ozone/Lecture4/Text/Lecture_4/chemINsunsATM.html

Mercury

Mercury is the smallest planet in the solar system and the closest to the Sun. It moves faster than any other planet, averaging 47.4 kilometres per second. Its orbit is also the most elongated: at an eccentricity of 0.2056, the distance to the Sun swings between 46 and 70 million kilometres. Sunlight at the planet therefore more than doubles and halves again within a single year, from 14,462 down to 6,278 watts per square metre.

Spin and orbit are locked to each other: exactly three rotations for every two trips around the Sun, a 3:2 spin-orbit resonance. For anyone standing on the surface that rearranges the day entirely — 175.942 days pass from one sunrise to the next, two full Mercury years. The axis is tilted barely two arcminutes, so there are effectively no seasons; the only rhythm is day and night.

Mercury cannot hold on to an atmosphere. What surrounds it is an exosphere, continually knocked off the surface by the solar wind and micrometeorite impacts and just as continually lost to space — not a reservoir but a throughput. With no gas envelope to move heat around, more than 600 degrees separate the dayside from the nightside of the very same ground.

A density of 5.4289 g/cm³ is extraordinary for a body this small, and only a very large iron core accounts for it: about 1,600 kilometres in radius, nearly two thirds of the planet's own. The rock mantle above it is left as a thin shell. Mercury reads less as a rocky planet with a core than as a metal body with a coat of rock.

Mercury spins three times for every two trips around the Sun, so a single day there lasts two Mercury years.

Radius

2439.4 km

Mass

3.30103e+23 kg

Surface gravity

3.7 m/s²

Rotation

1407.51 h

Orbital period

87.969257 d

Mean temperature

167 °C

Atmosphere

none — only an exosphere below 5 × 10^-15 bar of oxygen, sodium, hydrogen, helium and potassium

Moons

0

Discovery

known since antiquity

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='199'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · science.nasa.gov/mercury/facts/

Venus

Venus matches Earth in size and mass more closely than any other planet, and at closest approach — about 38 million kilometres — it is also our nearest neighbour in space. The interior fits the picture: a mean density of 5.204 g/cm³ and a core roughly 3,200 kilometres in radius, much like Earth's. The resemblance stops at the surface, where the pressure is 93 times what it is at sea level on Earth.

Venus rotates backwards — its axis is tipped 177.3 degrees, essentially upside down. One turn takes longer than an entire Venusian year. Because spin and orbit run in opposite directions they meet each other halfway: only 116.75 days pass from sunrise to sunrise, and just under two of those fit into a year. On Venus the Sun rises in the west and sets in the east.

Venus is the hottest planet in the solar system — hotter than Mercury, despite orbiting nearly twice as far from the Sun. Sunlight is not the reason: with a geometric albedo of 0.65 the cloud deck throws most of the incoming 2,650 W/m² straight back, so Venus absorbs less sunlight than its position would suggest. What matters is the greenhouse effect — the heat arriving is unremarkable, the heat that cannot leave is not.

How completely the atmosphere spreads that heat around shows in the infrared output: 153 W/m² on the dayside, 153 W/m² on the nightside, the same at perihelion as at aphelion. There is effectively no day-night temperature difference at the surface — and this on a world where a single night lasts close to two months. The same cloud deck that keeps the heat in makes Venus the brightest planet in the night sky.

Venus is hotter than Mercury despite orbiting almost twice as far from the Sun — not because it takes in more heat, but because none of it gets out.

Radius

6051.84 km

Mass

4.86731e+24 kg

Surface gravity

8.87 m/s²

Rotation

-5832.44 h

Orbital period

224.7008 d

Mean temperature

462 °C

Atmosphere

mostly carbon dioxide, sulfuric acid clouds, about 90 bar at the surface

Moons

0

Discovery

known since antiquity

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='299'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · science.nasa.gov/venus/venus-facts/

Earth

Earth is the largest and most massive of the four inner rocky planets, and the only body in the solar system with liquid water on its surface — about 71 percent of which is ocean. What allows it is the temperature range, which keeps water liquid over geological stretches of time. The rotation axis leans 23.4 degrees to the orbital plane, and it is that tilt, not the varying distance to the Sun, that produces the seasons. A geometric albedo of 0.367 is more than twice the value measured for Mars.

Earth's rigid outer shell is broken into large plates in constant motion against one another; no other known planet does this. The North American plate creeps west at roughly the rate fingernails grow. Because plate tectonics and erosion keep reworking the surface, it stays geologically young: impact craters that have stood on the Moon and Mars for billions of years were flattened here long ago.

Below a crust only 5 to 30 kilometres thick lies a mantle some 2900 kilometres deep. Under that sit a liquid outer core about 2300 kilometres thick and a solid inner core 1221 kilometres in radius, reaching 5400 °C. The crust that carries all life therefore amounts to less than half a percent of Earth's radius.

Earth's single moon is the largest in the solar system relative to its planet: its radius is a little over a quarter of Earth's. Its mass, at roughly one eightieth of Earth's, stays small all the same. About thirty Earths would fit side by side in the gap between them.

The only planet with liquid water on its surface, and the only one whose crust is broken into moving plates.

Radius

6371 km

Mass

5.97217e+24 kg

Surface gravity

9.8 m/s²

Rotation

23.934 h

Orbital period

365.25 d

Mean temperature

15 °C

Atmosphere

78% nitrogen, 21% oxygen, 1% other gases

Moons

1

Discovery

known since antiquity

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · science.nasa.gov/earth/facts/ · science.nasa.gov/solar-system/temperatures-across-our-solar-system/ · science.nasa.gov/moon/by-the-numbers/

Moon

The Moon is Earth's only natural satellite and the only body beyond Earth that people have walked on. Rotation and orbit take exactly the same time, so the same hemisphere always faces us; the far side stayed unknown until spacecraft mapped it. The cycle of phases nevertheless runs longer than one orbit, around 29 days, because Earth has moved along its own path in the meantime and the Moon has to make up the difference. With no atmosphere there is nothing to even out the heat: some 300 degrees separate the day side from the night side, and neither radiation nor meteoroids are slowed on their way in.

The prevailing model has the Moon forming when a Mars-sized body struck the young Earth several billion years ago. Debris thrown into orbit gathered into a single object, and the initially molten surface had largely crystallised within about 100 million years. The density fits: at 3.344 g/cm³ it falls well short of Earth's 5.513 g/cm³, which leaves room for only a small iron core.

The Moon is receding measurably — 3.8 centimetres a year, roughly 3 millimetres a month. Tidal friction drives it: Earth's tidal bulges run ahead of the line between the two bodies and tug the Moon forward along its orbit, while the same friction slows Earth's spin. Our days are lengthening as the Moon moves out; the two are one process seen from two ends.

This has been tracked since 1969 with laser retroreflectors set down by Apollo 11 and later missions. A pulse of light sent from Earth bounces straight back, and its travel time gives the distance to within a few millimetres. It is one of the few Apollo experiments still returning data.

It keeps one face permanently turned towards Earth while drifting away by 3.8 cm a year.

Radius

1737.4 km

Mass

7.34767e+22 kg

Surface gravity

1.624 m/s²

Rotation

655.7 h

Orbital period

27.322 d

Orbital radius

384400 km

Atmosphere

none to speak of, only an extremely tenuous exosphere

Discovery

known since antiquity

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/moon/facts/ · science.nasa.gov/moon/by-the-numbers/ · www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/moon/ · www.nasa.gov/solar-system/the-apollo-experiment-that-keeps-on-giving/

Mars

Mars is the outermost of the four rocky planets and keeps time strikingly close to Earth: a Martian day runs barely half an hour longer than ours, and its axis leans 25 degrees, almost exactly Earth's tilt. So Mars has seasons too — they simply last close to twice as long, since a Martian year covers 687 Earth days. Counted in its own days, called sols, that comes to 669.6.

The orbit sits an average 228 million kilometres from the Sun, 1.524 astronomical units. At an eccentricity of 0.0934 it is markedly more elliptical than Earth's 0.0167. The distance to the Sun therefore varies noticeably over the year, where Earth's stays close to constant.

The composition of the Martian atmosphere was not inferred from afar but measured on the ground: in 2012 the SAM instrument aboard the Curiosity rover put the carbon dioxide fraction at 95.9 percent from inside Gale Crater. What shapes the climate, though, is not the mix but the thinness — the envelope is too slight to hold the heat that arrives. A geometric albedo of 0.150 is less than half Earth's: Mars absorbs a larger share of the sunlight reaching it and still stays far below freezing.

Its two moons, Phobos and Deimos, are irregular lumps rather than spheres. Phobos circles just 9,375 kilometres from the centre of Mars, Deimos two and a half times farther out. Their densities of 1.872 and 1.471 g/cm³ fall far short of the planet's 3.934 g/cm³ and point to porous, carbon-rich material — rock that suits an asteroid better than the planet both of them orbit.

A Martian day runs barely half an hour longer than Earth's; a Martian year takes nearly twice as long.

Radius

3389.5 km

Mass

6.41691e+23 kg

Surface gravity

3.71 m/s²

Rotation

24.623 h

Orbital period

687 d

Mean temperature

-65 °C

Atmosphere

95.9% carbon dioxide, plus argon, nitrogen, oxygen and carbon monoxide

Moons

2

Discovery

known since antiquity

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/mars/facts/ · science.nasa.gov/solar-system/temperatures-across-our-solar-system/ · science.nasa.gov/resource/the-five-most-abundant-gases-in-the-martian-atmosphere/

Phobos

Phobos is the inner and larger of the two Martian moons, and too small to have pulled itself into a sphere: it measures 27 by 22 by 18 kilometres. No other known moon circles its planet so tightly — less than 6,000 kilometres separate it from the Martian surface. One orbit takes 7 hours 39 minutes.

Mars needs 24 hours 37 minutes for a single turn, and Phobos laps it three times in that span. It is the only known moon in the solar system that runs faster than its planet rotates. Seen from the Martian surface it therefore rises in the west and sets in the east, twice every Martian day, taking about five and a half hours to cross from horizon to horizon. It is not an imposing sight: roughly a third the diameter our own Moon shows from Earth.

Because it laps the planet faster than the planet spins, tidal forces brake it rather than push it outward — where Earth's Moon is receding, the orbit of Phobos drops about 1.8 metres per century. Within some 50 million years it will strike Mars, or be pulled apart into a ring before it gets there. The grooves and ridges scoring its surface are attributed in part to that same tidal stretching.

Its most conspicuous feature is Stickney crater: about 9.7 kilometres across, it takes up nearly half the moon's width. The name honours Chloe Angeline Stickney Hall, wife of the discoverer Asaph Hall. A low density of 1.872 g/cm³ argues for a porous body of C-type material of the kind found in carbonaceous chondrites — Phobos may be a captured asteroid, though its origin remains unsettled.

It laps Mars faster than the planet turns, so it rises in the west — and its orbit drops 1.8 metres every century.

Radius

11.08 km

Mass

10600000000000000 kg

Orbital period

0.3187 d

Orbital radius

9375 km

Atmosphere

none

Discovery

17 August 1877 by Asaph Hall

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/mars/moons/phobos/ · science.nasa.gov/mars/moons/ · apod.nasa.gov/apod/ap991105.html

Deimos

Deimos is the outer and smaller of the two Martian moons, an irregular lump measuring 15 by 12 by 11 kilometres. Its orbit runs two and a half times farther out than that of Phobos, close to circular and inclined just 1.8 degrees to the Martian equator. Asaph Hall found it six days before the larger, brighter Phobos.

Because Deimos circles more slowly than Mars rotates, it crosses the Martian sky in the conventional direction, east to west — unlike Phobos, which runs the other way. From the surface it stays above the horizon for several days at a stretch. What an observer would see, though, is only a bright star; it never shows a disc the way Phobos does.

The surface is heavily cratered yet looks smoother than that of Phobos: many craters are partly filled in, and the regolith layer may run 100 metres deep. The largest crater spans only about 2.3 kilometres. The grooves and ridges that mark Phobos are absent here — farther out along its orbit, the tidal forces of Mars pull far more weakly.

Deimos holds on to almost nothing: material thrown up by an impact escapes its feeble gravity, is caught by Mars in a ring, and later settles back onto the moon as dust. That offers an explanation for the half-filled craters. Its mean density of 1.471 g/cm³ is lower still than that of Phobos, and the dark C-type material resembles asteroids from the outer main belt.

Impact debris leaves the moon entirely, circles Mars as a ring, and later drifts back down as dust.

Radius

6.2 km

Mass

1440000000000000 kg

Orbital period

1.2625 d

Orbital radius

23457 km

Discovery

11 August 1877 by Asaph Hall

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/mars/moons/deimos/ · science.nasa.gov/mars/moons/

Ceres

Ceres is the largest object in the asteroid belt between Mars and Jupiter and the only dwarf planet in the inner solar system. It alone accounts for roughly 25 percent of the belt's total mass — and is still fourteen times lighter than Pluto. The semi-major axis of its orbit is 2.766 astronomical units, some 413 million kilometres.

A day on Ceres lasts a little over nine hours, among the shortest in the solar system, and it shows: at 964.4 × 964.2 × 891.8 km, the body is flattened at the poles by more than seventy kilometres. The spin axis, by contrast, is tilted only 4 degrees from the orbital plane, so there are effectively no seasons. A geometric albedo of 0.090 makes for a dark surface.

When Giuseppe Piazzi found Ceres in 1801 he took it for the suspected missing planet between Mars and Jupiter, and it was catalogued as one. Within a few years Pallas, Juno and Vesta followed, and by 1860 some 62 bodies were known in that region — at which point Ceres could no longer be held up as a planet. Reclassification was debated from the 1840s onward; by 1863 the designation as asteroids had taken hold, and it stayed that way for more than 140 years. In 2006 the International Astronomical Union classed Ceres as a dwarf planet, using the same criteria applied to Pluto.

The Dawn spacecraft launched in 2007, first orbited Vesta, and reached Ceres in 2015 — the first dwarf planet ever orbited by a spacecraft. It found a surface littered with young craters but no impact basin larger than 280 km; ice below the surface probably smooths larger structures out over time. Ceres may be as much as 25 percent water, more than Earth holds. In permanently shadowed craters, where temperatures stay below roughly −151 °C, water ice can survive for very long periods. On 1 November 2018 Dawn ran out of the hydrazine it needed to point itself, and it has circled Ceres as a silent companion ever since.

Ceres was catalogued as a planet in 1801, as an asteroid from 1863, and as a dwarf planet since 2006 — the body itself never changed.

Radius

469.7 km

Mass

938300000000000000000 kg

Surface gravity

0.284 m/s²

Rotation

9.07417 h

Orbital period

1679.85 d

Atmosphere

very thin, with evidence of water vapour

Moons

0

Discovery

1801 by Giuseppe Piazzi; classified as a dwarf planet since 2006

ssd-api.jpl.nasa.gov/sbdb.api?sstr=Ceres&phys-par=1&full-prec=1 · science.nasa.gov/dwarf-planets/ceres/facts/ · science.nasa.gov/dwarf-planets/ceres/exploration/ · www.nasa.gov/solar-system/dawn-maps-ceres-craters-where-ice-can-accumulate/ · www.jpl.nasa.gov/news/nasas-dawn-mission-to-asteroid-belt-comes-to-end/ · science.nasa.gov/mission/dawn/

Jupiter

Jupiter is the fifth planet from the Sun and the largest in the solar system: it carries more than twice the mass of every other planet combined. It is built mostly of hydrogen and helium, which gives it the ingredients of a star without anything close to the mass of one. Its shared centre of gravity with the Sun lies outside the Sun's own surface — strictly speaking, the two orbit each other. There is no solid surface: no point at which the atmosphere stops and ground begins.

No planet spins faster, and the centrifugal force visibly reshapes the body: the equator stands some 4,600 kilometres farther from the centre than the poles do. The rotation axis is tilted barely three degrees to the orbital plane, so there are no seasons in the terrestrial sense. That same spin sorts the clouds into east-west stripes: dark belts, bright zones, and jets between them reaching 539 kilometres per hour at the equator. What looks like a pattern through a telescope is weather in motion, not landscape.

The Great Red Spot is a vortex wider than Earth that has been watched without a break for more than 300 years. Gravity measurements from two Juno passes put its depth at roughly 500 kilometres below the cloud tops; other storms reach 100 to 350 kilometres down, and the jet streams themselves about 3,200. The vortices therefore extend well below the level where sunlight warms the atmosphere or water condenses, so whatever drives them comes from below rather than above. At both poles cyclones hold fixed geometric arrangements — eight in an octagon in the north, five in a pentagon in the south, stable for years on end.

With depth the hydrogen compresses into a liquid and finally into metallic, electrically conducting hydrogen, whose circulation drives a magnetic field 16 to 54 times stronger than Earth's. The magnetosphere extends 1 to 3 million kilometres sunward and trails a tail past the orbit of Saturn. How many moons circle inside it depends on whom you ask: JPL's list of confirmed satellites runs to 115, while NASA's own facts page still says 95. Galileo Galilei saw the four largest in January 1610 as points of light that shifted position from night to night — the first evidence that not everything goes around the Earth. The inner three still run in the 1:2:4 Laplace resonance that heats Io and Europa from within.

Jupiter outweighs every other planet combined more than twice over, which places its shared centre of gravity with the Sun outside the Sun's own surface.

Radius

69911 km

Mass

1.898125e+27 kg

Surface gravity

24.79 m/s²

Rotation

9.9249 h

Orbital period

4332.589 d

Mean temperature

-108 °C

Atmosphere

mostly hydrogen and helium, with three cloud decks of ammonia ice, ammonium hydrosulfide and water ice spanning about 71 km

Moons

115

Discovery

known since antiquity

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='599'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-facts/ · science.nasa.gov/jupiter/moons/

Io

Io is the innermost of Jupiter's four large moons and the most volcanically active world in the solar system. Hundreds of volcanoes throw lava fountains kilometres high, and the fresh material buries impact craters faster than new ones can form. Io therefore shows none of the cratered landscape the other moons carry — only lava lakes and freshly flooded plains. At 3.528 g/cm³ it is also the densest of the four Galilean moons: rock and iron, with essentially no water.

The heat comes not from the Sun but from orbital mechanics. For every orbit Ganymede completes, Europa completes two and Io four; because the three moons meet at the same points over and over, they keep pulling each other's orbits away from circular. Io's distance from Jupiter varies as a result, and so does the pull on it: the solid surface rises and falls by as much as 100 metres. Earth's largest tides reach 18 metres, and those are water, not rock. That flexing is what heats Io from inside — the same resonance keeps Europa's ocean liquid further out.

The Galileo spacecraft measured how hot the process runs at a dozen active vents: above 1,200 °C, and over 1,700 °C at one of them. What the melt is made of remains open — molten sulfur would explain the colours of the surface, silicate rock the temperatures. Juno passed within 1,500 kilometres on 30 December 2023 and 3 February 2024 and took the first subsurface temperature reading of any rocky moon beyond Earth. The ground radiates 1 to 3 watts per square metre across the whole moon, roughly thirty times Earth's heat flow, and cooling lava covers about a tenth of the surface at any moment.

Io also sits deep inside Jupiter's magnetic field and works there as a generator: cutting across the field lines, it builds up 400,000 volts and carries a current of 3 million amperes that runs down those lines into Jupiter's upper atmosphere and sets off lightning. Every second the co-rotating field strips about 1,000 kilograms of material from Io, which ionises into a doughnut-shaped plasma torus. That torus inflates Jupiter's magnetosphere to more than twice the size it would otherwise have — a moon the size of ours helps set how far the largest magnetic field in the solar system extends. Between the constant radiation and the volcanism, life there is not a realistic prospect.

Jupiter's pull raises and lowers Io's solid ground by up to 100 metres; Earth's largest tides reach 18 metres, and only in water.

Radius

1821.49 km

Mass

8.9297e+22 kg

Surface gravity

1.796 m/s²

Rotation

42.46 h

Orbital period

1.769 d

Orbital radius

421800 km

Atmosphere

very thin, mainly sulfur dioxide

Discovery

8 January 1610 by Galileo Galilei

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='501'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/io/facts/ · starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/solar_system_level2/io.html · www.jpl.nasa.gov/news/nasas-juno-takes-temperature-of-jupiters-fiery-moon-io/ · science.nasa.gov/moon/by-the-numbers/

Europa

Europa is the smallest of Jupiter's four large moons and one of the most promising places to ask whether life exists beyond Earth. Beneath the ice there is water: Galileo found Jupiter's magnetic field disturbed around Europa in exactly the way a deep, electrically conducting layer would disturb it — on current understanding, a global ocean of salt water. The ice shell is thought to be 15 to 25 kilometres thick, the ocean below it 60 to 150 kilometres deep. Europa is only a quarter of Earth's diameter, yet that ocean probably holds about twice as much water as all of Earth's seas combined.

Europa has the youngest surface in the Jovian system. The scarcity of impact craters puts its age at no more than 40 to 90 million years, against billions of years for Callisto. What covers it instead are fractures: often only one or two kilometres wide but thousands of kilometres long, some built up into ridges hundreds of metres high. Between them lie fields of broken, rafted ice blocks — chaos terrain — and a reddish-brown material thought to contain salts and sulfur compounds chemically altered by Jupiter's radiation. If that material comes from the ocean, its chemistry can be measured without drilling through the ice at all.

The engine behind it is the resonance that also feeds Io's volcanoes: two Europa orbits and four Io orbits for every one of Ganymede's. Because the three moons keep meeting at the same points, Europa's orbit stays slightly elliptical, when tidal friction would long since have rounded it out. The resulting variation in Jupiter's pull stretches and relaxes the moon, which accounts for the fractures and could sustain hydrothermal activity on the ocean floor. That would put everything terrestrial life requires in one place: liquid water, an energy source and the right elements.

Hubble observations and a reanalysis of old Galileo data suggest thin plumes of water occasionally rise as high as 160 kilometres; in November 2019 water vapour above the surface was detected directly for the first time. The plumes remain unconfirmed — unlike at Enceladus, no spacecraft has yet flown through one. Europa Clipper launched on 14 October 2024 and reaches Jupiter in April 2030. Across 49 close flybys it is to measure the thickness and chemistry of the ice shell; the mission does not look for life, but for whether the conditions for it are there at all.

Under an ice shell 15 to 25 kilometres thick lies an ocean 60 to 150 kilometres deep — probably twice the water of every sea on Earth.

Radius

1560.8 km

Mass

4.7986e+22 kg

Surface gravity

1.315 m/s²

Rotation

85.22 h

Orbital period

3.551 d

Orbital radius

671100 km

Atmosphere

extremely thin, essentially oxygen

Discovery

January 1610 by Galileo Galilei

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='502'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/europa/europa-facts/ · science.nasa.gov/mission/europa-clipper/mission-faq/ · science.nasa.gov/mission/europa-clipper/

Ganymede

Ganymede is the largest moon in the solar system and wider than the planet Mercury — though it reaches barely half of Mercury's mass. A density of 1.942 g/cm³ explains the gap: Ganymede is roughly half rock and metal, half ice, where Mercury is metal and rock throughout. The interior falls into three layers: a metallic iron core, a rocky mantle, and an outer shell of mostly ice whose top is the visible surface. What makes it a moon despite its size is not mass but orbit — it goes around Jupiter, not the Sun.

Ganymede is the only moon known to have a magnetic field of its own; Galileo discovered it in 1996. The field produces auroral belts around both poles and sits embedded within Jupiter's far larger one. That arrangement is what revealed an ocean: when Jupiter's field shifts, Ganymede's auroras rock with it, and how far they rock depends on whether an electrically conducting layer of salt water lies under the ice. A team led by Joachim Saur used that motion to look inside a moon of Jupiter with Hubble, from Earth orbit.

The ocean sits between ice and rock, about 100 kilometres thick under roughly 150 kilometres of ice — ten times deeper than Earth's oceans, and holding more water than all of Earth's surface water combined. Models also allow for several ice and water layers stacked in sequence, with water trapped between ice phases of differing density rather than only at the top. During its flyby on 7 June 2021, Juno detected mineral salts and organic compounds on the surface. Ganymede belongs to the Laplace resonance too: two Europa orbits and four Io orbits for every one of its own.

The surface splits into two kinds of terrain: about 40 percent old, dark and heavily cratered, and roughly 60 percent bright ground cut by grooves. Individual ridges reach 700 metres and the grooves run for thousands of kilometres, which suggests the crust was once under global tectonic tension. Large craters are mostly flat, having settled over long timescales into ice soft enough to creep like a glacier. None of it retains heat: Ganymede receives less than a thirtieth of the sunlight Earth does and has no atmosphere to hold what arrives.

The largest moon in the solar system is wider than Mercury, and the only one that generates a magnetic field of its own.

Radius

2631.2 km

Mass

1.48148e+23 kg

Surface gravity

1.428 m/s²

Rotation

171.72 h

Orbital period

7.155 d

Orbital radius

1070400 km

Atmosphere

extremely thin, oxygen released from the icy surface

Discovery

7 January 1610 by Galileo Galilei

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='503'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/ganymede/facts/

Callisto

Callisto is Jupiter's second largest moon, nearly the size of the planet Mercury — and the quietest body in the Jovian system. Its surface is the oldest and most heavily cratered known in the solar system: roughly four billion years old, carrying craters of every shape and size, from simple bowls to structures with several concentric rings. That those craters are still there is the real finding — no volcanoes, no plate tectonics, nothing to erase them. Bright dots are scattered across the dark ground, read today as crater peaks capped with water ice.

The reason for the quiet lies in the orbit. Io, Europa and Ganymede hold each other on slightly elliptical paths through the 1:2:4 Laplace resonance, generating a steady supply of tidal heat inside them. Callisto is not part of it; apparently it was already too far from Jupiter early on for its orbit to be drawn into the pattern. Without forced eccentricity there is no tidal heating, and without that there is nothing to bury craters as on Io or crack the crust as on Europa. Geological activity across the four large moons falls off with distance, and the resonance is why.

Composition follows distance as well: at 1.834 g/cm³ Callisto is the least dense of the four Galilean moons, and their densities drop steadily outward from Io. In the colder outer reaches, more ice and less rock condensed out as the Jovian system formed. Brightness works differently — it depends on how fresh the surface ice is, and nothing renews Callisto's. A geometric albedo of 0.17 is the lowest of the four large moons; Ganymede reaches 0.43, Io 0.63, Europa 0.67.

Callisto is not entirely inert, though. Galileo data and models built on them point to a salty ocean in contact with a rocky layer some 250 kilometres below the surface, although newer work places it deeper or questions it altogether. The interior is probably ice mixed with rock and metal, possibly all the way to the centre — the clean separation into core, mantle and crust that Ganymede shows never happened here. In 1999 NASA announced that Galileo had registered an extremely thin carbon dioxide exosphere two years earlier; oxygen and hydrogen were added later. Salt water touching rock, plus oxygen in the gas envelope, is enough to keep Callisto on the list of places where life is conceivable.

Callisto is the one large Galilean moon outside the Laplace resonance: without tidal heating, its surface has barely changed in four billion years.

Radius

2410.3 km

Mass

1.07566e+23 kg

Surface gravity

1.236 m/s²

Rotation

400.54 h

Orbital period

16.689 d

Orbital radius

1882700 km

Atmosphere

extremely thin carbon dioxide exosphere, with oxygen and hydrogen

Discovery

7 January 1610 by Galileo Galilei

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='504'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/astro_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/callisto/facts/ · science.nasa.gov/jupiter/jupiter-moons/ganymede/facts/

Saturn

Saturn is the sixth planet from the Sun, the second largest after Jupiter, and the most distant one visible without a telescope. Its mean density is 0.687 g/cm³, the only one in the solar system below that of water: the planet is large, but loosely packed. That has a visible consequence. Because so little mass fills so much space, gravity pushes back against the centrifugal force of the fast spin less effectively than on any other planet — the equator stands some 5,900 kilometres farther from the centre than the poles, just under ten percent, and the departure from a sphere is obvious in a small telescope.

The ring system extends up to 282,000 kilometres from the planet while measuring only about ten metres from top to bottom, a ratio of nearly thirty million to one. It is made almost entirely of water ice, in chunks ranging from dust grains to mountains. The Cassini Division between the A and B rings is 4,700 kilometres wide, broader than most of the planet's own moons.

From 22 dives between planet and rings, the Cassini spacecraft weighed the rings and derived an age of 10 to 100 million years. That makes them orders of magnitude younger than the 4.5-billion-year-old planet they surround: anyone looking at Saturn in the early solar system would have seen a planet without rings. Part of the system is even being built as we watch — the outer E ring is fed by material from the geysers of the moon Enceladus. That a moon 500 kilometres across could keep an entire ring supplied was unknown before Cassini.

How many moons Saturn has cannot currently be answered cleanly: JPL's satellite discovery table lists 293, while science.nasa.gov gave 274 confirmed as of March 2025. Older figures of 33 or 62 are obsolete and still the most widely repeated — this is the single most misquoted number about the planet. The range in size is enormous: Titan is wider than the planet Mercury, while the smallest known moon is about the size of a sports arena. Inside sits a core of 15 to 18 Earth masses, and the gas layers rotate in lockstep down to at least 9,000 kilometres — three times deeper than the equivalent depth at Jupiter.

Saturn's mean density is the only one in the solar system below that of water — and because so little mass fills so much space, it is also the most flattened planet.

Radius

58232 km

Mass

5.68317e+26 kg

Surface gravity

10.44 m/s²

Rotation

10.6562 h

Orbital period

10755.698 d

Mean temperature

-139 °C

Atmosphere

mostly hydrogen and helium; 134 K at the 1-bar level, winds up to 500 m/s at the equator

Moons

293

Discovery

known since antiquity

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='699'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · science.nasa.gov/saturn/facts/ · science.nasa.gov/saturn/moons/ · science.nasa.gov/mission/cassini/science/rings/ · science.nasa.gov/missions/cassini/nasas-cassini-data-show-saturns-rings-relatively-new/

Mimas

Mimas is the smallest of Saturn's round moons and the innermost of the major ones — and it is dominated by a single impact crater. Herschel is 130 kilometres wide; against a moon 394 kilometres across, it spans more than a third of the visible disc. Its walls stand about five kilometres high and the central peak rises six kilometres above the crater floor. The impact was probably close to what the moon could survive; the crater carries the name of the man who found it.

The rest of the surface is saturated with craters, many of them more than 40 kilometres across, while those near the south pole mostly stay under 20. A mean density of 1.1501 g/cm³ is low, and water ice is the only substance ever detected on Mimas. Nothing in that picture suggests geological activity — quite unlike Enceladus, which orbits only a little farther out and throws material into space continuously.

Which made a 2024 reanalysis of Cassini data all the more unexpected. From subtle irregularities in the orbital motion, Valéry Lainey and colleagues inferred a global ocean beneath an ice shell 20 to 30 kilometres thick. The evidence came not from the surface but from the way the moon moves: a solid ball of ice wobbles differently from one whose crust floats on water.

The damping of the orbital eccentricity implies that this ocean formed only 5 to 15 million years ago — recent, in geological terms. The likely trigger was a threefold increase in eccentricity under the pull of Saturn's other moons, which turned up the tidal heating accordingly. That the surface shows none of it fits: there has not been time to rework it. A moon can hold an ocean and give no sign of it from outside, which changes where such oceans should be looked for.

The crater Herschel is 130 kilometres across on a moon 394 kilometres wide: a third of the visible disc is a single impact.

Radius

198.2 km

Mass

37509000000000000000 kg

Surface gravity

0.0637 m/s²

Rotation

22.618 h

Orbital period

0.942422 d

Orbital radius

186000 km

Discovery

William Herschel, 17 September 1789

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/mimas/ · www.nature.com/articles/s41586-023-06975-9 · observatoiredeparis.psl.eu/presence-of-a-young-ocean.html?lang=en

Enceladus

Enceladus is one of Saturn's smaller moons, roughly 500 kilometres across, and its influence runs far beyond its size. The surface is close to pure water ice and reflects sunlight better than any other known body in the solar system — with almost everything thrown back, little energy is left to warm the ground. Four fractures about 135 kilometres long cut across the south polar terrain: the tiger stripes. Jets erupt from many points along them, throwing material upward at some 400 metres per second, fast enough that part of it leaves the moon for good.

That material feeds Saturn's E ring: the planet's outermost and broadest ring is built from what one small moon keeps supplying. Cassini flew straight through the plume and detected water vapour, carbon dioxide, methane, ammonia, salts and silica. It remains the only case in which a spacecraft has sampled the interior of another world without landing on it. To find out what is dissolved in Enceladus's ocean, you need not drill through the ice — only fly through the spray.

The supply comes from an ocean beneath the ice. The shell averages 20 to 25 kilometres thick, but at the south pole it thins to between half a kilometre and five, which is where the water lies closest to the surface and where the fractures are. A mean density of 1.6097 g/cm³ is high for an icy moon and points to a large rocky fraction — an ocean floor of rock rather than ice. Cassini found evidence of hydrothermal activity at temperatures above 90 °C, and organic material in the plume turned out about twenty times denser than expected.

The heat comes from tidal flexing driven by a 2:1 resonance with Dione: two Enceladus orbits for every one of Dione's, so their mutual tugs add up at the same points of the orbit and keep it slightly elliptical. It is the same mechanism that sustains Io's volcanoes and Europa's ocean at Jupiter, with two moons involved instead of three. How long the arrangement has been running, and how long it will last, is unresolved. Before Cassini, Enceladus was taken for a dead ball of ice.

A moon 500 kilometres across throws enough ice into space from four cracks at its south pole to keep an entire ring of Saturn stocked.

Radius

252.1 km

Mass

108030000000000000000 kg

Surface gravity

0.1135 m/s²

Rotation

32.885 h

Orbital period

1.370218 d

Orbital radius

238400 km

Mean temperature

-201 °C

Discovery

William Herschel, 28 August 1789

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/enceladus/ · science.nasa.gov/mission/cassini/science/enceladus/

Rhea

Rhea is Saturn's second largest moon after Titan and, in essence, a large cold ball of ice. A mean density of 1.2372 g/cm³ sits only a little above that of water, which works out to roughly three quarters ice and one quarter rock. Unlike Enceladus or Mimas, it gives no sign of liquid water inside; Rhea sits in no orbital resonance that would supply tidal heat over the long run. At these temperatures water ice behaves like rock — it fractures rather than flows.

The surface is old and heavily cratered, with the plains estimated at around four billion years. Two crater populations can be told apart: regions that include craters larger than 40 kilometres, and regions where every crater stays smaller than that. The split points to two separate episodes of bombardment by differently sized impactors. Bright fracture systems cut across the terrain, where parts of the crust have subsided and left canyons several hundred metres deep; they look bright because fresh ice is exposed along the broken edges.

Whatever heat Rhea gets comes from the Sun, and at Saturn's distance that is only about one percent of what reaches Earth. There is no atmosphere to spread it around, and porous ice conducts almost nothing. So only the spot the Sun is shining on gets warm, and nowhere else: sunlight and shadow differ by nearly 50 degrees. The line between day side and night side is a sharp temperature boundary as well.

In 2010 Cassini detected an extremely thin envelope of oxygen and carbon dioxide around Rhea — the first oxygen atmosphere measured directly anywhere beyond Earth. Thin as it is, at the surface it still holds about a hundred times more oxygen than the exospheres of Earth's Moon or Mercury. It probably forms where charged particles from Saturn's magnetic field strike the water ice and split the molecules apart. Oxygen here is a sign of radiation, not of life.

In 2010 Cassini measured the first oxygen atmosphere ever found beyond Earth around Rhea — produced not by life but by radiation splitting water ice.

Radius

763.5 km

Mass

2.3065e+21 kg

Surface gravity

0.2641 m/s²

Rotation

108.42 h

Orbital period

4.517503 d

Orbital radius

527200 km

Atmosphere

extremely thin exosphere of oxygen and carbon dioxide, about five trillion times less dense than Earth's atmosphere

Discovery

Giovanni Domenico Cassini, 23 December 1672

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/rhea/

Titan

Titan is Saturn's largest moon, the second largest in the solar system after Ganymede, and wider than the planet Mercury. More to the point, it is the only moon with a substantial atmosphere — one that presses harder on the ground than Earth's does, even though Titan's gravity is about a seventh of ours. The reason it has not long since escaped is the cold: at these temperatures the gas molecules simply move too slowly to leave. A hydrocarbon haze makes the surface opaque at visible wavelengths, so it had to be mapped by radar and in the infrared.

In that cold, methane is a liquid, and apart from Earth, Titan is the only body in the solar system where liquid stands permanently on the surface. There are clouds, rain, river valleys and lakes — a complete cycle in which methane does the work water does here. Nearly all the lakes and seas cluster around the north pole. Kraken Mare, the largest, is about the size of the Caspian Sea and Lake Superior combined; along its eastern shoreline Cassini measured depths of 20 to 35 metres. Ligeia Mare, the second largest, spans roughly 500 kilometres.

Christiaan Huygens saw Titan in 1655 as a point of light beside Saturn; 350 years later the probe named after him touched down there — still the only landing ever made in the outer solar system. Its measurements point to a water ocean beneath the icy crust, which would mean liquid on two separate levels: methane at the top, water far below. A mean density of 1.8814 g/cm³ is the highest of any Saturnian moon and argues for a substantial rocky component inside.

What the chemistry up there produces is the open question. Sunlight breaks methane apart in the upper atmosphere, the fragments assemble into larger carbon-bearing compounds, and those settle out as haze — Titan manufactures organic material continuously, with no life involved. What remains unexplained is what resupplies the methane being consumed in the process. From 2028, NASA's Dragonfly mission is to visit several sites in turn with a rotorcraft. With a thick atmosphere and weak gravity, flying there is easier than driving.

Titan is the only place besides Earth where liquid stands permanently on the surface — except that here it is methane.

Radius

2574.76 km

Mass

1.3452e+23 kg

Surface gravity

1.354 m/s²

Rotation

382.691 h

Orbital period

15.945448 d

Orbital radius

1221900 km

Mean temperature

-179 °C

Atmosphere

about 95% nitrogen, about 5% methane; surface pressure roughly 60% above Earth's

Discovery

Christiaan Huygens, 25 March 1655

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/titan/facts/ · science.nasa.gov/saturn/moons/titan/ · science.nasa.gov/saturn/facts/ · science.nasa.gov/resource/plumbing-coastal-depths-in-titans-kraken-mare/ · www.jpl.nasa.gov/images/pia17472-titans-north-the-big-picture/

Iapetus

What stands out about Iapetus, Saturn's third largest moon, is its colouring. The leading hemisphere has an albedo of 0.03 to 0.05, as dark as asphalt and slightly reddish; the trailing hemisphere reaches 0.5 to 0.6, about as bright as fresh snow. A factor of more than ten between two sides of the same body has no parallel in the solar system. Because Iapetus is tidally locked, the same half always faces forward — and has been sweeping up whatever lies in its path for billions of years.

The second oddity is a mountain chain that follows the equator and rises as much as ten kilometres. It runs along a large part of the circumference and sits so precisely on the equator that coincidence looks unlikely. Among the explanations put forward are a ring of its own that collapsed onto the moon, and a frozen-in bulge left from a time of far faster rotation. None has won general acceptance.

Iapetus orbits farther out than any other major Saturnian moon, and its path is inclined 7.6 degrees to the Laplace plane, where the other large moons all stay below one degree. From that tilted vantage the ring system would show as a surface rather than the thin line it presents from the other moons. Where the inclination came from is unresolved. Iapetus is also in an orbital relationship with Titan, the far larger moon further in.

A mean density of 1.0887 g/cm³ is barely above that of water, making Iapetus roughly three quarters ice and one quarter rock. The dark material on the leading side is therefore only a coating, not a rocky half — the same ice lies beneath it as everywhere else. That is precisely what makes the contrast demand an explanation: it is not part of how the moon is built, but a product of where it goes.

One half of Iapetus reflects ten times as much light as the other, and a mountain chain up to ten kilometres high traces the equator exactly — with no accepted explanation for either.

Radius

734.3 km

Mass

1.8056e+21 kg

Surface gravity

0.2235 m/s²

Rotation

1903.944 h

Orbital period

79.331002 d

Orbital radius

3561700 km

Discovery

Giovanni Domenico Cassini, 25 October 1671

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/saturn/moons/iapetus/

Uranus

Uranus is the seventh planet from the Sun and, together with Neptune, one of the two ice giants. The "ice" is not solid: at least 80 percent of the mass sits in a hot, dense fluid of water, methane and ammonia above a small rocky core, and there is no surface anyone could stand on. It orbits at 19.19 astronomical units, nearly twenty times Earth's distance from the Sun. Methane in the upper atmosphere absorbs the red end of the sunlight, and what comes back is the cyan to blue-green the planet is seen in. No planetary atmosphere in the solar system gets colder than this one, even though Neptune lies half again as far from the Sun; the winds here reach up to 900 kilometres per hour.

The rotation axis is tipped 97.77 degrees out of the orbital plane: Uranus rolls around the Sun on its side, and it spins backwards while doing so. The tilt is generally attributed to a collision with an Earth-sized body early in the solar system's history. For the seasons it means the Sun stands directly over each pole in turn while the other half of the planet spends 21 years at a stretch in darkness. The whole moon system went over with it: the major moons orbit in the equatorial plane and therefore trace concentric circles around the planet as seen from Earth, rather than a flat line across it.

William Herschel took the slowly moving object he found through a telescope in 1781 for a comet at first. It was the first planet not known since antiquity, and it doubled the radius of the known solar system — Saturn, the outermost planet until then, sits at 9.5 astronomical units. A good six decades later Uranus was measurably failing to move the way calculation demanded, and those deviations were what pinned down Neptune's position.

Exactly one spacecraft has ever been there. Voyager 2 passed 81,500 kilometres above the cloud tops on 24 January 1986 and got, out of a few hours, ten new moons, two more rings on top of the nine already known, and a magnetic field whose axis is tilted nearly 60 degrees from the spin axis and offset from the centre by a third of the planet's radius. Because of the tilt, only one hemisphere of the system was lit at the time. Almost everything known in detail about Uranus and its moons comes from those hours. Discoveries still happen, but from Earth: the most recent of the 29 known moons, S/2025 U1, turned up in James Webb Space Telescope images taken on 2 February 2025.

Uranus rolls on its side: each pole spends 21 years at a stretch in darkness, and the entire moon system is tipped over with it.

Radius

25362 km

Mass

8.68099e+25 kg

Surface gravity

8.87 m/s²

Rotation

-17.24 h

Orbital period

30687 d

Atmosphere

82.5% hydrogen, 15.2% helium, 2.3% methane

Moons

29

Discovery

13 March 1781 by William Herschel

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · science.nasa.gov/uranus/facts/ · science.nasa.gov/uranus/ · science.nasa.gov/uranus/moons/ · science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-2/ · science.nasa.gov/blogs/webb/2025/08/19/new-moon-discovered-orbiting-uranus-using-nasas-webb-telescope/ · science.nasa.gov/missions/hubble/240-years-ago-astronomer-william-herschel-identifies-uranus-as-the-seventh-planet/ · nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/uranusfact.html

Miranda

Miranda is the innermost and smallest of Uranus' five major moons, roughly a seventh the size of Earth's Moon. It is thought to be about half water ice and half silicate rock, and its mean density of 1.178 g/cm³ is the lowest of the five. Like all the large Uranian moons it rotates synchronously, keeping one face towards the planet. What makes it notable, though, is not its size but its surface.

Three large coronae — sprawling, lightly cratered assemblies of ridges and valleys — have no counterpart anywhere else in the solar system. Individual fault canyons run up to twelve times deeper than the Grand Canyon, and terraced layers sit directly beside terrain that looks very old and other terrain that looks considerably younger. A body this small should not offer that much variety; how the mixture came about is an open question.

The most striking feature is Verona Rupes, a scarp about 20 kilometres high and the tallest known cliff in the solar system. Because Miranda's gravity is only some two hundredth of Earth's, a rock pushed off the edge would fall for roughly ten minutes before reaching the bottom. Whether the cliff was cut by a large impact or by tectonic motion has not been settled.

Gerard P. Kuiper found Miranda in 1948 at the McDonald Observatory in Texas — the last Uranian moon discovered before Voyager 2 arrived. The name comes from Prospero's daughter in Shakespeare's The Tempest; the Uranian moons are named after characters from Shakespeare and Alexander Pope rather than classical mythology. Almost everything known about the surface comes from close-range images taken during one flyby on 24 January 1986. There has been no second chance since.

Verona Rupes stands about 20 kilometres tall — the highest known cliff in the solar system.

Radius

235.8 km

Mass

64400000000000000000 kg

Surface gravity

0.077 m/s²

Rotation

33.92 h

Orbital period

1.413479 d

Orbital radius

129846 km

Discovery

16 February 1948 by Gerard P. Kuiper

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/miranda/ · science.nasa.gov/uranus/moons/ · apod.nasa.gov/apod/ap201129.html

Ariel

Ariel is the second-innermost of Uranus' five major moons and effectively Umbriel's twin: near-identical in size and density, both tidally locked on near-circular orbits. In appearance they are opposites. Ariel has the brightest and youngest surface of the five, Umbriel the darkest and oldest. Like the other large moons Ariel is thought to be about half water ice and half silicate rock, with carbon dioxide detected on the surface as well.

The case for a young surface rests on few large craters, plenty of small ones, and grabens that point to tectonic extension: the older cratered landscape appears to have been resurfaced over wide areas. Brightness jumps sharply at opposition, and surface temperature tracks sunlight with no appreciable thermal lag — both consistent with a porous, heavily fragmented surface. Bright is relative here: none of the five reflects more than about a third of the sunlight that reaches it.

Ariel was found in 1851 by William Lassell, an English amateur astronomer; John Herschel supplied the name at Lassell's request, after the airy spirit in Shakespeare's The Tempest, who also appears in Alexander Pope's The Rape of the Lock. Everything known about the surface in detail comes from the Voyager 2 flyby of January 1986. Because the axis of the Uranian system lies almost in its orbital plane, only one hemisphere was lit at the time — nobody has ever seen the other half of Ariel up close.

Ariel and Umbriel are almost the same size — yet one has the youngest, brightest surface of the five and the other the oldest and darkest.

Radius

578.9 km

Mass

1.251e+21 kg

Surface gravity

0.249 m/s²

Rotation

60.49 h

Orbital period

2.520379 d

Orbital radius

190929 km

Discovery

24 October 1851 by William Lassell

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/ariel/ · science.nasa.gov/uranus/moons/

Umbriel

Umbriel is the third of Uranus' five major moons counting outward, and almost exactly the size and density of its neighbour Ariel. Its surface has nothing in common with it: old, heavily cratered and, reflecting 16 percent of the light that falls on it, the darkest of the five — about as dark as the highlands of Earth's Moon. There is little sign of later geological reworking. Why the cratered terrain is so dark remains unexplained.

On that dark surface Voyager 2 picked out a conspicuously bright ring roughly 140 kilometres across, possibly frost deposits associated with an impact crater, though that has not been confirmed. The imagery does not yield much beyond it: what close-range pictures exist show mostly the heavily cratered southern hemisphere and were taken from about 557,000 kilometres out, far beyond the range that would allow proper mapping.

William Lassell discovered Umbriel in 1851, the same day as Ariel. The name does not come from Shakespeare but from a malevolent sprite in Alexander Pope's poem The Rape of the Lock — that the darkest of the five ended up with it is coincidence: the name was fixed more than a century before the first images.

Umbriel reflects only 16 percent of the light that hits it, and nobody knows what darkened its ancient cratered surface.

Radius

584.7 km

Mass

1.275e+21 kg

Surface gravity

0.249 m/s²

Rotation

99.46 h

Orbital period

4.144177 d

Orbital radius

265986 km

Discovery

24 October 1851 by William Lassell

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/umbriel/ · science.nasa.gov/uranus/moons/

Titania

Titania is the largest of Uranus' moons, rotates synchronously, and has the neutral grey typical of the large Uranian moons. What stands out is what Voyager 2 found along the terminator: an extensive system of fault valleys, some of them nearly 1,600 kilometres long. With the moon barely 5,000 kilometres around, one such valley runs about a third of the way across it.

Extensional features like these form when a body pulls itself apart from within — they are taken as evidence that Titania was once geologically active. Highly reflective deposits, possibly frost, sit on the sunward-facing valley walls. When that phase began, how long it lasted and what ended it cannot be pinned down from the available data.

William Herschel discovered Titania in 1787, six years after the planet itself and on the same night as Oberon; the name comes from the queen of the fairies in Shakespeare's A Midsummer Night's Dream. As with every Uranian moon, all the imagery dates from that one flyby in January 1986. No spacecraft able to map the system's largest moon up close has been there since.

A single fault valley on Titania runs nearly 1,600 kilometres — about a third of the way around the moon.

Radius

788.9 km

Mass

3.4e+21 kg

Surface gravity

0.365 m/s²

Rotation

208.94 h

Orbital period

8.705869 d

Orbital radius

436298 km

Discovery

11 January 1787 by William Herschel

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/titania/ · science.nasa.gov/uranus/moons/

Oberon

Oberon is Uranus' second-largest moon and the outermost of the five major ones. At 1.664 g/cm³ it has the highest mean density of the group, but like the others it is thought to be about half ice and half rock, and it rotates synchronously. Its surface is heavily cratered, much like Umbriel's and noticeably more so than the three inner members of the group, with no sign of later large-scale resurfacing.

At least one mountain rises some six kilometres above its surroundings. It only became visible because it happened to stand on the silhouette at the edge of the disc, where it showed up in profile — from a single flyby, heights are otherwise almost impossible to measure. Before that flyby in January 1986 almost nothing was known about Oberon, and the image taken then is still the best one available.

William Herschel discovered Oberon in 1787, on the same night as Titania. His son John Herschel named it in the early nineteenth century after the king of the fairies in Shakespeare's A Midsummer Night's Dream — Titania and Oberon, found in one night, have carried the names of a couple ever since.

A mountain some six kilometres high was caught in profile on the limb of the disc — in what is still the best image ever taken of this moon.

Radius

761.4 km

Mass

3.076e+21 kg

Surface gravity

0.354 m/s²

Rotation

323.12 h

Orbital period

13.463237 d

Orbital radius

583511 km

Discovery

11 January 1787 by William Herschel

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · science.nasa.gov/uranus/moons/oberon/ · science.nasa.gov/uranus/moons/

Neptune

Neptune is the eighth and outermost planet of the solar system and, with Uranus, one of the two ice giants. At 1.638 g/cm³ it is the densest of the four giant planets. It sits roughly 4.5 billion kilometres from the Sun, thirty times Earth's distance; sunlight takes four hours to get there and arrives about 900 times fainter than it does here. Methane in the atmosphere absorbs the red end of that light, leaving the planet blue.

Neptune is the only planet that was calculated before it was seen. Uranus refused to move the way celestial mechanics demanded, and the French mathematician Urbain Le Verrier worked out the position and mass of the unknown body that would have to be causing the deviations. He sent the prediction to Johann Gottfried Galle at the Berlin Observatory, and Galle found the planet in 1846 on his first night of searching. Galileo had seen it earlier, in 1612 and 1613, but took it for a fixed star. A measure of how slowly Neptune travels: it completed its first full orbit since discovery only in 2011.

Despite the meagre energy input, Neptune carries the fastest winds ever measured in the solar system: over 2,000 km/h, three times Jupiter's and nine times Earth's, where the strongest gusts reach about 400 km/h. Its storm systems do not last. In 1989 Voyager 2 recorded an oval spot the size of Earth in the southern hemisphere, the Great Dark Spot; it has since vanished, and others have appeared elsewhere.

Five main rings are known — Galle, Leverrier, Lassell, Arago and Adams — plus four pronounced arcs of material in the outer Adams ring, apparently held together by the gravity of the moon Galatea. The largest of the 16 moons is Triton, which orbits Neptune backwards and therefore cannot have formed there. As at Uranus, the magnetic axis is badly out of line with the rotation axis, here by about 47 degrees, and the field is roughly 27 times stronger than Earth's. Voyager 2 remains the only spacecraft to have visited Neptune.

Neptune was calculated before it was seen: Le Verrier supplied the position, Galle found it in 1846 on his first night of searching.

Radius

24622 km

Mass

1.024092e+26 kg

Surface gravity

11.15 m/s²

Rotation

16.11 h

Orbital period

60189 d

Mean temperature

-201 °C

Atmosphere

mostly hydrogen and helium, plus a little methane

Moons

16

Discovery

1846 by Johann Gottfried Galle, following Urbain Le Verrier's predicted position

ssd.jpl.nasa.gov/planets/phys_par.html · ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='899'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · science.nasa.gov/neptune/neptune-facts/ · science.nasa.gov/neptune/

Triton

Triton is by far the largest of Neptune's 16 moons. Its mean density of 2.065 g/cm³ is high for a moon of the outer solar system and points to substantial rock in the interior. It circles Neptune on a near-circular orbit and rotates synchronously, keeping one hemisphere turned towards the planet. It just happens to be going the wrong way.

Its orbital inclination is 157.3 degrees relative to the Laplace plane, and anything above 90 degrees means retrograde motion: Triton runs counter to Neptune's spin, the only large moon in the solar system to do so. A moon that forms alongside its planet out of the same disc inherits that disc's sense of rotation and cannot end up on such a path. Triton was therefore almost certainly captured, and how closely it resembles Pluto suggests where from: the Kuiper Belt.

That capture still has consequences today. Tides between Neptune and Triton drain energy from the orbit, which is therefore slowly shrinking. A 1989 model by Chyba, Jankowski and Nicholson puts Triton at Neptune's Roche limit in roughly 3.6 billion years, with the inclination falling as it goes; under different assumptions about the moon's rotational state the same authors arrive at about 1.4 billion years. Inside the Roche limit, tidal forces would pull the moon apart.

Despite surface temperatures near −235 °C, Triton is geologically active. In 1989 Voyager 2 found geysers throwing icy material more than 8 km upward, putting Triton alongside Earth, Io and Venus among the few bodies with confirmed present-day volcanism. Its thin nitrogen atmosphere probably comes from that same activity. Most of the nitrogen is frozen out as frost, leaving a surface bright enough to reflect 70 percent of the sunlight reaching it. William Lassell found Triton in 1846, 17 days after the discovery of the planet itself.

Triton orbits Neptune backwards — it cannot have formed there but was captured, and its orbit has been shrinking ever since.

Radius

1352.6 km

Mass

2.1403e+22 kg

Surface gravity

0.781 m/s²

Rotation

141.05 h

Orbital period

5.876994 d

Orbital radius

354800 km

Mean temperature

-235 °C

Atmosphere

thin, mostly nitrogen with a little methane

Discovery

10 October 1846 by William Lassell

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='801'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · science.nasa.gov/neptune/moons/triton/ · science.nasa.gov/neptune/neptune-facts/ · ntrs.nasa.gov/citations/19890064536

Pluto

Pluto is a dwarf planet beyond Neptune's orbit, with surface gravity around six percent of Earth's. Its orbit is markedly more eccentric and more inclined than any planet's: at an eccentricity of 0.252 and an inclination of 17.1 degrees, its distance from the Sun swings between 29.6 and 49.6 astronomical units. The spin is retrograde and the axis is tilted 57 degrees to the orbital plane.

That periodically brings Pluto closer to the Sun than Neptune, most recently from 1979 to 1999. The two can never approach each other all the same, because Pluto sits in a 2:3 resonance with Neptune: exactly two Pluto orbits for every three of Neptune's, a fixed cadence that leaves Pluto far from Neptune every time it crosses Neptune's path.

Clyde Tombaugh discovered Pluto in 1930 at the Lowell Observatory in Arizona, and it was counted as the ninth planet for decades. After further bodies of comparable size turned up in the Kuiper Belt, the International Astronomical Union reclassified it as a dwarf planet in 2006. The deciding criterion was that a planet must have cleared the neighbourhood of its orbit; Pluto moves through a region where other objects cross its path. Its size, shape and orbit were unaffected — what changed was the state of knowledge about the neighbourhood, not the body.

Until 2015 Pluto was known only as a point of light. On 14 July 2015 the New Horizons spacecraft flew through the system and returned the first images of the surface: mountains of water ice 2 to 3 km high, troughs up to 600 km long, craters as large as 260 km across — and crater-free plains of frozen nitrogen patterned in a way that suggests convection, and that must therefore be young. The thin atmosphere of nitrogen, methane and carbon monoxide follows the eccentric orbit too: it expands near perihelion and largely freezes back onto the surface on the far leg. Of the five moons, Charon is large enough that NASA calls the pair a double planet.

The 2:3 resonance with Neptune periodically brings Pluto closer to the Sun than Neptune — and at the same time keeps the two from ever meeting.

Radius

1188.3 km

Mass

1.307e+22 kg

Surface gravity

0.611 m/s²

Rotation

153.293 h

Orbital period

90981.7 d

Mean temperature

-232 °C

Atmosphere

thin, mostly molecular nitrogen with methane and carbon monoxide

Moons

5

Discovery

1930 by Clyde Tombaugh at the Lowell Observatory; classified as a dwarf planet since 2006

ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='999'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd-api.jpl.nasa.gov/sbdb.api?sstr=Pluto&phys-par=1&full-prec=1 · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · science.nasa.gov/dwarf-planets/pluto/facts/ · science.nasa.gov/neptune/neptune-facts/ · www.nasa.gov/solar-system/pluto-features-given-first-official-names/

Charon

Charon is about half the size of Pluto — no other moon in the solar system comes that close to the body it orbits. It is also very near: Earth's Moon sits twenty times farther from its planet. Together those two facts make Pluto and Charon less a planet with a satellite than a pair.

The Charon-to-Pluto mass ratio is 0.122 — high enough that the common centre of mass no longer lies inside Pluto but some 2,100 km from its centre, about 940 km above the surface. The two therefore orbit a point in empty space between them; NASA calls the pair a double planet. They are also mutually locked: Charon's orbital period equals Pluto's rotation period, so from Pluto the moon hangs over one fixed spot and neither rises nor sets — and from the far hemisphere it is never visible at all.

James Christy and Robert Harrington found Charon in 1978 at the U.S. Naval Observatory in Flagstaff, Arizona — barely ten kilometres from where Pluto itself had been discovered. They were not looking for moons but trying to refine Pluto's solar orbit. Christy noticed that Pluto's image was oddly elongated and that the direction of the bulge cycled every 6.39 days, matching Pluto's rotation period. Archived plates from earlier years showed the same pattern and confirmed the result.

New Horizons returned the first close-up images in July 2015. They show plenty of craters, as billions of years of impacts would suggest, but also chasms longer and deeper than the Grand Canyon and broad smooth areas pointing to comparatively recent resurfacing. Where a body this small found the energy for that is an open question. A reddish north polar cap stands out as well; overall, Charon's colour palette stays more uniform than Pluto's.

The centre of mass of Pluto and Charon lies about 940 km above Pluto's surface — the two orbit a point in empty space.

Radius

606 km

Mass

1.5897e+21 kg

Surface gravity

0.289 m/s²

Rotation

153.293 h

Orbital period

6.387222 d

Orbital radius

19600 km

Discovery

June 1978 by James Christy and Robert Harrington at the U.S. Naval Observatory

ssd.jpl.nasa.gov/sats/phys_par/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/elem/ · ssd.jpl.nasa.gov/sats/discovery.html · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='901'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND='999'&OBJ_DATA='YES'&MAKE_EPHEM='NO' · science.nasa.gov/dwarf-planets/pluto/moons/charon/ · science.nasa.gov/dwarf-planets/pluto/facts/ · starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/solar_system_level2/pluto_charon.html