منظومه شمسی میزبان قمر‌هایی با ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد است؛ ویژگی‌هایی که این قمرها را به مقاصدی جذاب برای اهداف پژوهشی تبدیل کرده‌اند.
به‌جز دو سیاره عطارد و زهره بقیه سیاره‌های منظومه شمسی قمر‌های طبیعی دارند. قمر زمین دنیایی زیبا و مرده پر از آتشفشان‌های باستانی و دهانه‌های برخوردی بی‌شمار است. امروزه بیشتر با قمر زمین آشنا هستیم؛ اما در دوردست‌ها شگفتی‌های جالب‌تری وجود دارند. هر کدام از سیاره‌های غول‌آسا در بخش خارجی منظومه شمسی از مجموعه‌ای عظیمی از قمرها بهره می‌برند که بسیاری از آن‌ها هم‌زمان با خود سیاره از مواد یخی شکل گرفتند. گرچه این قمرها در فاصله دوردستی از خورشید قرار دارند، ویژگی‌های متنوعی دارند که آن‌ها را از یکدیگر متمایز می‌کنند.
درادامه، نگاهی به برخی از عجیب‌ترین و هیجان‌انگیز‌ترین قمر‌های منظومه شمسی می‌اندازیم. برخی از این قمرها مثل کالیستو از سیاره مشتری یا میماس زحل به‌صورت منجمد و یکپارچه هستند و میلیاردها سال قبل شکل گرفته‌اند و براثر بمباران‌های فضایی خراش‌های عجیبی روی آن‌ها ایجاد شده است. قمر‌های دیگر مثل قمر‌های چوپان و پان و اطلس و قمر نرئید نپتون در طول تاریخ تحت‌تأثیر همسایه‌های خود بوده‌اند. برخی از این دنیاهای عجیب براثر نیروهای جزرومدی قدرتمند سیاره خود گرم‌تر شده‌اند و باعث فازهای شدیدی از فعالیت شدند که قمر‌هایی مثل میراندا را شکل دادند. این نیروها که عامل ایجاد قمر‌های جذاب دیگری مثل آیوی مشتری و انسلادوس، قمر یخی زحل شدند، هنوزهم فعال هستند. پوسته خارجی و آرام انسلادوس راز بزرگی در خود پنهان کرده است: حیات فرازمینی.
انسلادوس کاوشگر کاسینی ناسا در سال ۲۰۰۴ به زحل رسید. از آن زمان بود که انسلادوس، قمر داخلی کوچک این سیاره، بیشتر در کانون توجه قرار گرفت و به یکی از دنیاهای بحث‌برانگیز منظومه شمسی تبدیل شد. این قمر شهرتش را مدیون کشف یخ‌فشان‌هایی است که از نیم‌کره جنوبی آن در فضا منتشر می‌شوند.
این یخ‌فشان‌ها یکی از شواهد وجود آب مایع زیر پوسته یخی و نازک انسلادوس هستند. البته فعالیت عجیب انسلادوس حتی قبل از کاسینی به‌لطف تصاویر اولیه آشکار شده بود. این تصاویر سطح عجیب و درخشان و دهانه‌های برخوردی را نشان می‌دادند که به پوششی برفی شباهت داشتند؛ بااین‌حال، کشف یخ‌فشان‌ها ثابت کرد انسلادوس دنیایی فعال است.
انسلادوس با قطر ۵۰۴ کیلومتر ترکیبی از سنگ و یخ است و مانند بسیاری از همسایگانش در منظومه زحلی از میلیاردها سال پیش منجمد باقی مانده؛ اما نیروهای جزرومدی که براثر کشش گرانشی بین زحل و دیون، قمر بزرگ‌تر آن به‌وجود آمدند، داخل انسلادوس را گرم و فعال نگه داشتند. بدین‌ترتیب، این قمر یکی از اهداف مهم برای جست‌وجوی حیات در منظومه شمسی است.
با اینکه بخش زیادی از یخ‌های انسلادوس روی سطح آن بازمی‌گردند، بخش کمی از یخ‌ها نیز از جاذبه ضعیف این قمر فرار می‌کنند و وارد مدار زحل می‌شوند. این یخ‌ها معمولا در حلقه دونات‌شکل زحل به نام حلقه E منتشر می‌شوند که خارجی‌ترین و پراکنده‌ترین حلقه زحل است.
کالیستو کالیستو خارجی‌ترین قمر از گروه قمر‌های گالیله سیاره مشتری و سومین قمر بزرگ در منظومه شمسی محسوب می‌شود و تنها اندکی کوچک‌تر از عطارد است. کالیستو بیشترین تعداد دهانه برخوردی را دارد؛ ازاین‌رو، شهرت زیادی پیدا کرده است. دلیل دهانه‌های برخوردی فراوان موقعیت کالیستو در منظومه مشتری است. جاذبه عظیم مشتری مدار دنباله‌دارها را منحرف می‌کند. یکی از برخوردهای مشهور دنبالهدار با مشتری برخورد عظیم دنبالهدار شومیکر لوی ۹ در سال ۱۹۹۴ بود.
بزرگ‌ترین قمر‌های مشتری مستقیما در خط آتش قرار دارند؛ اما همسایه‌های داخلی کالیستو تحت‌تأثیر فرایندهای زمین‌شناختی قرار داشتند که همین مسئله باعث محو‌شدن دهانه‌ها از سطحشان شده است. بااین‌حال، سطح کالیستو از ۴/۵ میلیارد سال پیش بدون تغییر باقی مانده است. داکتیل 243 Ida سیارکی از خانواده سیارکی کرونیس است که در کمربند سیارکی منظومه شمسی قرار دارد. این سیارک قمر کوچکی به نام داکتیل دارد که عرض طولانی‌ترین محور آن به ۱/۶ کیلومتر می‌رسد. به‌دلیل جاذبه ضعیف آیدا ۲۴۳، بعید است قمر داکتیل به دام آن افتاده باشد؛ بلکه می‌توان گفت آیدا و داکتیل درکنار یکدیگر شکل گرفته‌اند.
آیدا یکی از اعضای خانواده کرونیس با بیش از سیصد سیارک است که همه مداری یکسان دارند. این گروه یک یا دومیلیارد سال پیش در طول برخورد سیارکی شکل گرفتند. داکتیل هم بخش کوچکی از برخوردی است که وارد مدار اطراف آیدا شده است؛ اما اینجا مشکلی وجود دارد: براساس مدل‌های کامپیوتری، داکتیل تقریبا باید براثر برخورد سیارک دیگر نابود شده باشد؛ بنابراین، چگونه ممکن است بیش از یک‌میلیارد سال عمر داشته باشد؟
براساس نظریه‌ای، خانواده کرونیس جوان‌تر از آن است که به‌نظر می‌رسد و دهانه‌های برخوردی آیدا به‌دلیل طوفانی از برخوردها در فرایند تجزیه اولیه شکل گرفته‌اند. براساس نظریه‌ای دیگر، داکتیل قبلا برخوردی مخرب را تجربه کرده؛ اما دوباره به مدار خود بازگشته است. این توضیح می‌تواند دلیلی برای شکل کروی و عجیب این قمر باشد.
یاپتوس براساس دو ادعا یاپتوس، قمر زحل، در فهرست قمر‌های عجیب منظومه شمسی قرار می‌گیرد. این قمر سال ۱۶۷۱ کشف شد و یک سمت آن کم‌نورتر از سمت دیگرش است. بخشی از نیم‌کره آن که رو به مدار زحل قرار دارد، به رنگ قهوه تیره است؛ درحالی‌که نیم‌کره دیگر آن خاکستری روشن است. براساس نظریه‌ای در توجیه تفاوت رنگی این قمر، سمت رو به زحل با غباری پوشیده شده است که براثر برخوردهای کوچک شهاب‌سنگی روی دیگر قمر‌های کوچک خارجی زحل منتشر شده‌اند.
دراین‌میان، تصاویر کاسینی داستانی پیچیده‌تر را روایت می‌کنند. اغلب مواد تیره سطح یاپتوس از داخل این قمر سرچشمه می‌گیرند و با تصعید یخ غبارآلود از سطح قمر (تبدیل جامد به بخار) رگه‌های تیره را به‌جای می‌گذارند. این فرایند احتمالا با انباشته‌شدن غبار قمر‌های خارجی آغاز می‌شود.
همچنین، یاپتوس سلسله کوهستانی به ارتفاع کیلومتر و عرض بیست کیلومتر در استوا دارد که ظاهر متمایز گردومانند به آن بخشیده است. منشأ این سلسله کوهستانی گیج‌کننده است. براساس برخی نظریه‌ها، این کوهستان فسیلی از زمان چرخش سریع‌تر یاپتوس است که در قسمت استوا سر برآورده؛ درحالی‌که برخی دیگر معتقدند این کوهستان حاصل سنگ‌ریزه‌هایی از منظومه حلقوی کهن اطراف این قمر بوده که دچار فروپاشی شده و روی سطح فرود آمده است. نرئید نرئید دومین قمری بود که در مدار نپتون کشف شد. شهرت این قمر به‌دلیل مدار عجیب آن است. فاصله نرئید از نپتون بین ۱/۴ میلیون تا ۹/۷ میلیون کیلومتر متغیر است. این مدار معمولا برای قمر‌های به‌دام‌افتاده متداول است (سیارک‌ها و دنباله‌دارهایی که به دام جاذبه سیاره‌ها افتاده‌اند)؛ اما اندازه غیرمتداول و بزرگ نرئید داستانی عجیب را روایت می‌کند.
براساس یافته‌های کاوشگر وویجر ۲ در سال ۱۹۸۹، قمر تریتون از کمربند کویپر وارد مدار نپتون شده است. تریتون مدار قمر‌های اصلی نپتون را مختل کرد و باعث خروج بسیاری از آن‌ها شد؛ اما بسیاری از ستاره‌شناسان هم معتقدند نرئید می‌تواند بازمانده‌ای باشد که در مرز گرانشی نپتون باقی مانده است.
آیو آیو داخلی‌ترین قمر از گروه چهار قمر بزرگ گالیله است که در مدار مشتری، بزرگ‌ترین سیاره منظومه شمسی، قرار دارد. با اینکه سه قمر خارجی‌تر دنیاهایی آرام و منجمد با ترکیبی از سنگ و یخ هستند، چشم‌انداز آیو ترکیبی خشن از رنگ‌های زرد و نارنجی و قهوه‌ای و پر از فرم‌های معدنی عجیب و متغیر است که ترکیبی از سولفور هستند و به شکل‌های مختلف در سطح آیو پراکنده شده‌اند. آیو آتشفشانی‌ترین قمر در کل منظومه شمسی است. سطح عجیب این قمر اولین‌بار در پرواز فضاپیمای پایونیر در اوایل دهه ۱۹۷۰ رصد شد؛ اما ماهیت آتشفشانی آن، تنها چند هفته قبل از رسیدن کاوشگر وویجر ۱ به آن در سال ۱۹۷۹ پیش‌بینی شده بود.
قمر آیو در نبرد گرانشی بین همسایه‌های خارجی و سیاره مشتری گرفتار شده است و همین مسئله مانع از قرارگرفتن آن در مداری کامل می‌شود. تغییرات اندک فاصله آیو از مشتری (کمتر از ۰/۵ درصد در مدار) به ایجاد نیروهای عظیم جزرومدری منجر می‌شوند که فضای داخلی این قمر را در تمام جهات می‌کوبند. سنگ‌ها به‌دلیل اصطکاک گرم می‌شوند و هسته این قمر را مذاب نگه می‌دارند؛ درنتیجه، منبعی از ماگمای زیرزمینی ایجاد می‌شود.
با اینکه اغلب سنگ‌های آیو مشابه سنگ‌های زمین از نوع سیلیکاتی هستند، نقاط ذوب بسیار زیادی دارند؛ درنتیجه، اغلب به شکل اقیانوس‌های داغ ماگما شکل می‌گیرند که تا ده‌ها کیلومتر زیر سطح آیو جریان دارند. بخش زیادی از فعالیت سطحی آیو به سنگ‌های سولفوری وابسته است که در دمای پایین‌تر هم به شکل مذاب باقی می‌مانند. فعالیت‌های آتشفشانی در آیو هر نوع ماده یخی آیو را از بین برده‌اند و باعث ایجاد دنیایی خشک و بدون یخ شده‌اند. این در حالی است که دمای میانگین سطح آیو می‌تواند به منفی ۱۶۰ درجه سانتی‌گراد هم برسد. هایپریون هایپریون ظاهر عجیبی دارد: سطح آن مانند اسفنج یا مرجانی با حفره‌های تیره و شیارهای تیز است که از یخ و سنگ‌های روشن‌تر تشکیل شده‌اند. بااین‌حال، این تنها ویژگی عجیب هایپریون نیست: هایپریون اولین کشف از نوع قمر‌های غیرکروی بود و مداری مختلف‌المرکز دارد.
چرخش هایپریون با دوره مداری آن منطبق نیست و در الگویی نامنظم به دور زحل می‌چرخد؛ به‌طوری‌که محور چرخش آن به‌طور پیش‌بینی‌نشدنی نوسان می‌کند. هایپریون هم مانند دیگر قمر‌های منظومه شمسی از یخ آب تشکیل شده است؛ اما سطح آن به شکل عجیبی تیره است. براساس تخمین‌های فضاپیمای کاسینی، چگالی هایپریون ۵۵ درصد چگالی آب است؛ درنتیجه، بخش زیادی از فضای داخلی آن خالی است.
براساس نظریه‌ای محبوب، یکی از دلایل ویژگی‌های عجیب هایپریون آن است که این قمر بازمانده قمری بزرگ‌تر بوده است که احتمالا بین تایتان و یاپتوس قرار داشته و براثر برخورد با دنباله‌داری عظیم نابود شده است. مواد باقی‌مانده مجددا متراکم شدند و هایپریون را تشکیل دادند.
تایتان تایتان، بزرگ‌ترین قمر زحل در منظومه شمسی، از ویژگی‌هایی منحصر‌به‌فردی برخوردار است. تایتان، تنها قمر دارای جوّ ضخیم است. مدارپیمای کاسینی با ابزارهای رادار و مادون‌قرمز به جوّ مات این قمر نفوذ و چشم‌اندازهایی از رودخانه‌ها و دریاچه‌های این قمر را آشکار کرد که در کل منظومه شمسی بی‌مانند است. تایتان در فاصله ۱/۴ میلیارد کیلومتری از خورشید قرار دارد و دمای میانگین سطح آن به منفی ۱۷۹ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
بخش زیادی از جوّ تایتان را گاز بی‌اثر نیتروژن تشکیل می‌دهد. این گاز یکی از مؤلفه‌های اصلی هوای زمین است؛ اما جوّ مه‌آلود و رنگ متمایز ابرهای آن به‌دلیل درصد اندک متان شکل گرفته‌اند. شرایط تایتان کاملا برای چرخه متانی (تبدیل متان از حالت گاز و مایع و جامد) مناسب هستند. این چرخه مشابه چرخه آبی در اقلیم زمین است.
در دمای پایین، سطح تایتان منجمد می‌شود و در دمای متوسط، قطرات مایع به شکل باران روی سطح فرود می‌آید و در دریاچه‌ها انباشته و در نواحی گرم‌تر تبخیر می‌شود و به داخل جوً بازمی‌گردند. افزون‌براین، تایتان فصل‌های متغیری دارد و از این نظر به زمین شباهت دارد؛ البته سال تایتان برابر با ۲۹/۵ سال زمینی است. در هر فصل تایتانی دریاچه‌ها از قطبی به قطب دیگر منتقل می‌شوند. با توجه به این ویژگی‌ها، تایتان یکی از اهداف جست‌وجوی حیات فرازمینی است؛ گرچه اغلب زیست‌شناسان یافتن حیات و موجودات زنده در چنین فضای خشن و شرایط شیمیایی را بعید می‌دانند و اغلب معتقدند انسلادوس، همسایه آبی تایتان، چشم‌انداز امیدبخش‌تری ارائه می‌دهد.
میراندا میراندا، قمر اورانوس، یکی از قمر‌های عجیب در کل منظومه شمسی است. تصاویر وویجر وصله‌ها و رگه‌های عجیبی را روی سطح این قمر نشان می‌دهند. در برخی بخش‌های میراندا، دهانه‌های برخوردی به‌چشم می‌خورد و در برخی بخش‌های دیگر هیچ‌گونه دهانه برخوردی دیده نمی‌شود که نشان می‌دهد این بخش جوان‌تر است و کمتر درمعرض بمباران‌های شهابی قرار گرفته است. یکی از ویژگی‌های برجسته میراندا وجود الگویی از بیضی‌های هم‌مرکز است که به مسیر مسابقه اتومبیل‌رانی شباهت دارند؛ درحالی‌که در بخش‌های دیگر الگوهای Vشکل موازی خراش‌هایی را شکل داده‌اند.
براساس نظریه‌ای، میراندا دنیایی فرانکشتاین است؛ یعنی تکه‌های قمری کهن در مدار اورانوس متراکم شده و میراندا را شکل داده‌اند. ستاره‌شناسان احتمال می‌دهند قمر پیشین احتمالا براثر برخوردی میان‌سیاره‌ای متلاشی شده و ممکن است این رویداد به‌دلیل انحراف شدید در محور اورانوس رخ داده باشد.
بااین‌حال، پژوهش‌های بیشتر نشان دادند چنین نظریه‌ای در توصیف ویژگی‌های سطحی متنوع میراندا ناتوان است. درعوض، می‌توان نیروهای جزرومدی را دلیل ظاهر عجیب میراندا عنوان کرد.
امروزه، میراندا در مداری تقریبا مدوّر قرار دارد؛ اما در گذشته مدار آن در رابطه رزونانسی با اومبریل، قمر بزرگ‌تر اورانوس قرار داشت؛ درنتیجه، دو قمر مرتب در تراز با یکدیگر قرار داشتند و همین مسئله باعث شد مدار میراندا وارد بیضی طویل‌تری شود و نیروهای جزرومدی شدیدی تجربه کند. کشش و رانش و گرمای داخلی یکی از عوامل رگه‌ها و ترک‌های سطحی میراندا هستند.
میماس کاوشگرهای وویجر با ثبت تصاویری دقیق از میماس قمر زحل در دهه ۱۹۸۰ دانشمندان را در شوک فرو بردند. این قمر شباهت زیادی به ستاره مُرده در فیلم علمی‌تخیلی جنگ ستارگان دارد. دهانه برخوردی بزرگی یکی از نیم‌کره‌های این قمر را پوشانده است و دقیقا هم‌اندازه و شبیه به بشقاب لیزری نابودکننده‌ای است که جورج لوکاس به آن اشاره کرده بود؛ اما میماس بیش از یک عنصر فرهنگ عامه است.
میماس داخلی‌ترین قمر زحل است که در مداری نزدیک‌تر از انسلادوس و دورتر از پان و اطلس به دور زحل می‌چرخد. قطر این قمر به ۳۹۶ کیلومتر می‌رسد؛ به‌همین‌دلیل، کوچک‌ترین جرم منظومه شمسی با شکل کروی است. پان و اطلس پان و اطلس قمر‌های زحل کوچک‌ترین قمر‌های منظومه شمسی هستند. این قمرها با وجود اندازه کوچک می‌توانند بر منظومه حلقه زحل تأثیر بگذارند. این دنیاهای کوچک را شاید بتوان بهترین نمونه‌های شناخته‌شده از قمر‌های چوپان برشمرد. قمر‌های چوپان قمرواره‌های کوچکی هستند که در منظومه‌های حلقه‌ای سیاره‌های غول‌آسا قرار دارند. همان‌طورکه از نامشان پیدا است، این قمرها به ذرات موجود در سیستم زحل کمک می‌کنند کنار یکدیگر قرار بگیرند و در‌عین‌حال، ذرات دیگر را پاک‌سازی می‌کنند.
پان عامل ایجاد شکاف انکه (Encke Gap) است؛ تفکیک برجسته‌ای که در حلقه درخشان A دیده می‌شود؛ درحالی‌که اطلس خارج از حلقه A قرار دارد. مهم‌ترین ویژگی هر دو قمر سطح هموار آن‌ها است که مانند بشقاب‌پرنده یا گردو به‌نظر می‌رسند. بونی بوراتی از آزمایش پیشرانش جت ناسا معتقد است این قمرها در پوششی از ذرات کوچک قرار دارند و فضای بین حلقه‌ها را پاک‌سازی می‌کنند.
