thumb|Mesiac Diona nad prstencami svojej materskej planéty Saturn
Mesiac (s malým „m“) alebo zastarano trabant je prirodzená družica (prirodzený satelit) planéty, trpasličej planéty alebo planétky. Najznámejšie a prvé objavené mesiace sú družice planét slnečnej sústavy.
V slnečnej sústave je známych už viac než 1000 mesiacov, z ktorých väčšina (607) nesprevádza planéty, ale menšie telesá slnečnej sústavy. 285 mesiacov pripadá k 31. decembru 2023 na mesiace planét. Tieto počty však nie sú konečné, pretože sa neustále objavujú nové mesiace. Prvé objavené mesiace, ktoré obiehali inú planétu ako Zem, boli Galileove mesiace obiehajúce Jupiter. Za ich objaviteľa sa považuje Galileo Galilei, ktorý ich ďalekohľadom spozoroval v roku 1610. Jupiter bol do jari 2023 tiež teleso slnečnej sústavy s najväčším známym počtom mesiacov – 95, ale ku koncu tohto roka už bolo známe, že Saturn ho prevyšuje o viac ako 150 mesiacov.
Mesiace má šesť z ôsmich známych planét slnečnej sústavy: Zem, Mars, Jupiter, Saturn, Urán a Neptún. Zem má ako jediná z nich iba jeden mesiac, nazýva sa Mesiac. Mars má dva malé mesiace Fobos a Deimos , veľké (joviálne) planéty majú niekoľko desiatok až stoviek mesiacov (Jupiter 115, Saturn 293, Urán 29 a Neptún 16). Prvý objavený mesiac, ktorý neobiehal okolo planéty, bol mesiačik Dactyl obiehajúci planétku 243 Ida. Mesiace sú rôznorodé telesá, väčšinou nepravidelného tvaru, bez atmosféry a geologicky neaktívne, existuje však mnoho výnimiek. Vždy však majú menší priemer a hmotnosť než teleso, okolo ktorého obiehajú.
Mesiace v slnečnej sústave
Všeobecná charakteristika Mesiace sú telesá rôzneho tvaru a veľkosti, spravidla menšie ako planéty. Existujú však aj výnimky: najväčší mesiac slnečnej sústavy Jupiterov Ganymede a Saturnov mesiac Titan sú väčšie ako planéta Merkúr (Merkúr je však hmotnejší ako obe telesá kvôli vyššej hustore). Mesiace nemajú číselne zadefinovanú hraničnú veľkosť ani hmotnosť; tieto ich veličiny sú veľmi rozmanité. Kým v slnečnej sústave je najväčšia planéta, Jupiter, zhruba 29-krát väčšia ako najmenšia planéta, Merkúr, najväčšie mesiace sú až niekoľkotisícnásobne väčšie ako najmenšie mesiace s rozmermi okolo jedného kilometra. Najväčšie mesiace sformovala gravitácia do tvaru blízkeho guli. Menšie môžu mať nepravidelný tvar a podobať sa asteroidom alebo jadrám komét. Je možné, že mnohé malé mesiace boli skutočne planétkami, ktoré pri pohybe slnečnou sústavou zachytila gravitácia nejakej planéty.
Mnohé mesiace (vrátane Mesiaca) majú viazanú rotáciu, to znamená, že k svojej planéte sú otočené stále tou istou stranou. Blízko obiehajúce veľké mesiace môžu na svojej planéte spôsobiť zatmenie Slnka.
Aj trpasličie planéty a asteroidy môžu mať vlastné mesiace. S výnimkou Chárona majú všetky doposiaľ preskúmané mesiace malých telies nepravidelný tvar.
Obežná dráha
Väčšina mesiacov obieha po veľkých, eliptických dráhach s veľkým sklonom k rovníku materskej planéty. Tento jav je charakteristický najmä pre menšie mesiace nepravidelného tvaru, ktoré tvoria drvivú väčšinu všetkých mesiacov. Väčšina z nich má tiež retrográdny smer obehu (napríklad mesiac Féba). Ostatné, spravidla veľké mesiace, akým je napríklad aj náš Mesiac, obiehajú prográdnym smerom po približne kruhových blízkych dráhach s malým sklonom k rovine rovníka.
Retrográdny smer obehu malých mesiacov naznačuje, že tieto mesiace nevznikli v blízkosti planéty, okolo ktorej obiehajú, ale táto planéta ich neskôr gravitačne pripútala k sebe. Predtým však museli stratiť veľkú časť svojej pohybovej energie. K tomu mohlo dôjsť v poslednom štádiu formovania planét, buď trením v protoplanetárnom disku, alebo v záverečnej fáze formovania obrých planét, keď ich hmotnosť a gravitačná sila prudko stúpala, prípadne neskôr pri kolíziách menších telies. Štandardné teórie však zatiaľ presvedčivo nevysvetlili pôvod a správanie sa týchto mesiacov.
thumb|left|Horné vrstvy atmosféry Titanu, mesiaca s najhustejšou atmosférou spomedzi mesiacov. V pozadí je viditeľná malá časť osvetlenej strany Saturna Mesiace nemôžu obiehať planétu v ľubovoľnej vzdialenosti, ale len vo vnútri takzvanej Hillovej sféry. Je to oblasť okolo planéty, v ktorej je pohyb častíc viac ovládaný gravitáciou planéty ako gravitáciou Slnka. Polomer Hillovej sféry závisí od hmotnosti planéty a tiež od jej vzdialenosti od Slnka. Planéty bližšie k Slnku majú menšiu Hillovu sféru než planéty vzdialenejšie od Slnka.
Viaceré mesiace môžu obiehať aj po tej istej obežnej dráhe, napríklad Saturnove mesiace Tetyda, Telesto a Kalypso obiehajú po rovnakej orbite. Takéto mesiace sa nazývajú koorbitálne. Dva mesiace si svoje obežné dráhy môžu dokonca navzájom vymeniť – príkladom sú opäť Saturnove obežnice, Epimeteus a Jánus.
Hoci väčšina známych mesiacov má stabilnú obežnú dráhu a predpokladáme, že na nej zotrvávajú počas veľmi dlhého časového obdobia, v roku 2006 bol objavený mesiac Zeme 2006 RH120, ktorý na obežnej dráhe okolo nej zotrval iba rok. Potom sa odpútal a pokračoval v samostatnej dráhe. Takýchto dočasných mesiacov by mohla mať Zem aj ďalšie planéty oveľa viac, no pre malé rozmery (2006 RH120 meral iba pár metrov) sa ťažko hľadajú.
Planéty sú spravidla približne 1000-krát hmotnejšie než ich prirodzené satelity. Preto majú všetky mesiace planét ťažisko vzájomného obehu so svojou planétou pod povrchom planéty. U družíc menších telies to niekedy tak nie je. V takom prípade sa sústava telies obiehajúcich spoločné ťažisko zvykne nazývať dvojplanétkou, trojplanétkou, atď.
Veľa mesiacov sa od svojich planét vzďaľuje, menej sa ich približuje (ako napr. Marsov Fobos alebo Neptúnov Tritón). Podľa teoretického astrofyzika Jima Fullera sa v sústavách plynných obrov, ktoré majú veľa mesiacov, vzdialenejšie mesiace vzďaľujú od planéty rýchlejšie než jej bližšie mesiace. Malo by to byť spôsobené malými pohybmi planéty, napr. hojadním, v dôsledku gravitačného ťahu jej mesiacov.
Atmosféra Vzhľadom na fakt, že sú mesiace pomerne malé, majú aj nízku gravitáciu, a preto nie sú schopné udržať si hustú atmosféru. Výnimku tvorí opäť Titan, mesiac s najhustejšou atmosférou v slnečnej sústave, ktorého atmosférický tlak je až 1 600 hPa. Všetky veľké guľaté mesiace plynných obrov sú obklopené aspoň riedkou atmosférou, menšie guľaté a nepravidelné mesiace však už nemajú merateľný atmosférický tlak. Mesiace so sopečnou aktivitou svoju atmosféru neustále dopĺňajú chemickými prvkami zo svojho vnútra, ktoré však postupne unikajú do okolitého priestoru.
Teplota Vzhľadom na to, že mesiace majú len planéty a iné telesá vzdialenejšie od Slnka ako je Venuša, ich povrchové teploty bývajú spravidla veľmi nízke. Výnimku tvorí len vulkanický Jupiterov mesiac Io. Na jeho povrchu v blízkosti vulkánov dosahujú teploty 1 230 °C, čo sú najvyššie namerané teploty na povrchu pevného telesa v slnečnej sústave. Na iných častiach mesiaca, ďaleko od vulkánov, však povrchové teploty klesajú až na −153 °C. Najvyššiu priemernú povrchovú teplotu, −20 °C, má Mesiac a vďačí za to svojej blízkosti k Slnku. Je to však len priemerná teplota – cez deň stúpajú teploty na jeho povrchu až na 110 °C, v noci klesajú na hodnoty −230 °C. Rozdiely medzi dennými a nočnými teplotami mesiacov sú veľké, pretože majú zvyčajne riedku atmosféru, alebo sú bez atmosféry (napríklad Mesiac) a neobsahujú na svojich povrchoch ani kvapalnú vodu, ktorej veľká tepelná kapacita dokáže teplotné rozdiely vyrovnávať. náhľad|Sopečný výbuch na Jupiterovom mesiaci Io
Povrch Väčšina mesiacov sa sformovala veľmi ďaleko od Slnka, preto sú ich dôležitou zložkou ľady. Ide nielen o vodný ľad, ale aj zamrznutý oxid uhoľnatý, oxid uhličitý, metán, amoniak a molekulárny dusík. Povrch iných mesiacov, napríklad dvojice mesiacov Marsu či Saturnovho mesiaca Féba, má zloženie ako uhlíkaté chondrity.
Mesiace majú veľmi rôznorodý povrch. Zloženie povrchu závisí od jeho minulosti a tiež prípadnej sopečnej aktivity. Povrch mesiacov je tvorený horninami alebo ľadom. Obsahuje veľké množstvo dopadových kráterov. Krátery bývajú pre mesiace charakteristické, pretože na väčšine z nich neexistuje nijaká činnosť (erózia, sopky…) ktorá by ich mohla zahladiť. Ďalej sa na povrchoch mesiacov nachádzajú pohoria, zlomy, ryhy a roviny s väčšími výškovými rozdielmi, aké bývajú na planétach. Zdrojom energie pre geologickú aktivitu a vznik týchto útvarov mohlo byť v minulosti bombardovanie planétkami, ktoré mesiace zahrievalo. Ďalšími zdrojmi energie pre mesiace sú rádioaktívny rozpad, najmä uránu, tória a draslíka, a slapové sily.
Existujú aj zvláštne povrchové útvary, ktoré neboli pozorované na nijakých iných typoch telies. Mesiac Zeme má napríklad mesačné moria – tmavé plochy tvorené bazaltovou lávou. Povrch Jupiterovho mesiaca Európa je zase pokrytý hrubou vrstvou vodného ľadu, pod ktorou sa môže nachádzať kvapalná voda. Vodný ľad obsahujú vo svojej kôre aj mesiace Ganymede a Kalisto a tiež Saturnov mesiac Enceladus. Na Titane boli zase zistené rieky, jazerá a moria z uhľovodíkov. Ide doposiaľ o jediné pomerne stabilné kvapalné útvary, aké boli kedy na povrchu mesiaca nájdené.
Sopečná aktivita
Z dôvodu, že mesiace sú pomerne malé telesá, nedokázali si udržať veľké vnútorné teplo od čias svojho vzniku. Všetka súčasná sopečná a geologická aktivita na mesiacoch je pravdepodobne následkom slapových síl ich materských planét. Výnimku zrejme predstavuje len doteraz nevysvetlená geologická aktivita na mesiaci Cháron, ktorá nemôže byť spôsobená slapovými silami materskej trpasličej planéty. Slapové sily vytvárajú pod kôrou blízko obiehajúcich mesiacov trenie, vďaka čomu sa ich vnútro zahrieva. Medzi najznámejšie vulkanicky aktívne mesiace patrí Io. Na jeho povrchu sa nachádza viac než 80 aktívnych oblastí a viac než 300 sopiek. Jeho povrch neustále pretvárajú sopečné výbuchy. Ďalšie vulkanicky aktívne mesiace sú Saturnov Enceladus a Neptúnov Tritón, tieto telesá však nevyvrhujú na svoj povrch lávu, ale vodu. Tento jav sa nazýva kryovulkanizmus. Nie sú výnimočné ani prenosy hmoty z jedného mesiaca na druhý, napríklad Jupiterova Amaltea má na povrchu výrazne červené sfarbenie, čo sa vysvetľuje ako tenká vrstva síry, ktorá bola vyvrhnutá z vulkanického Io. Mesiace môžu odovzdávať svoju hmotu aj prstencom. Najvýraznejším príkladom tohto procesu je Saturnov mesiac Enceladus, ktorého častice vyvrhnuté kryovulkanickou aktivitou vytvárajú prstenec E. Častice z Enceladu dopadajú aj na jeho materskú planétu. Takéto obohacovanie atmosféry planéty vodnou parou jej mesiaca je jav, ktorý nikde inde v slnečnej sústave nebol pozorovaný.
Názvy mesiacov Pomenovania mesiacov majú väčšinou vzťah k planéte, ktorú obiehajú. Napríklad mesiace Jupitera, okrem Ganymeda a Amaltey, sa nazývajú podľa mileniek boha Dia (v rímskej mytológii Jupitera). Mesiace Saturna majú zase mená rôznych titanov a titaniek, keďže aj boh Kronos (v rímskej mytológii Saturn) bol jedným z titanov. Mesiace Neptúna sa zase volajú podľa rôznych morských božstiev, pretože Neptún bol boh mora. Mesiace Marsa sa nazývajú podľa dvoch synov boha Area (Marsa): Foba a Deima. Najväčší mesiac Pluta, Cháron, dostal meno po prievozníkovi cez rieku Styx, ktorá bola vstupom do podsvetia, ktorému vládol boh Hádes (Pluto). Jeho ďalšie mesiace, Nix a Hydra sa nazývajú podľa neobľúbených temných božstiev, medzi ktoré patril aj sám Hádes. Výnimku v názvosloví tvoria len mesiace planéty Urán, ktoré sa nenazývajú podľa postáv mytológie, ale podľa postáv z hier Williama Shakespeara.
Vznik mesiacov thumb|Saturnov mesiac Epimeteus, ktorý pravdepodobne vznikol rozpadom väčšieho telesa