כריסטיאן הויגנס, מגלהו של טיטאן היה הראשון להשתמש במונח ירח לעצמים אלו, וקרא לטיטאן "הירח של שבתאי" (אנגלית: "Luna Saturni" או "Luna Saturnia") משום שהוא הפגין את אותם יחסים עם שבתאי כפי שעושה הירח עם כדור הארץ. ככל שהתגלו עוד ירחים של שבתאי, נזנח המונח. ג'ובאני קאסיני התייחס לעצמים שגילה כ"כוכבי לכת" (צרפתית: "planètes"), אך לעיתים תכופות יותר הוא השתמש במונח "לוויינים" (אנגלית: "satellites"), תוך שימשו במונח הנגזר מהמונח הלטיני satelles, שמשמעותו שומרים, נלווים או מלווים משום שהלווינים מתלווים לכוכב הלכת העיקרי עמו הם נוסעים ברחבי השמים.
המונח לוויינים הפך למונח המקובל בהתייחסות לעצמים המקיפים כוכב לכת, וכך נמנע הצורך להשתמש במונח ירח, ולגרום בכך לבלבול בין הירח של כדור הארץ לבין ירחים של כוכבי לכת אחרים, ואולם בשנת 1957, עם שיגור העצם המלאכותי ספוטניק 1, היה צורך למצוא מונח חדש. המונחים "לוויין מעשה ידי אדם" או "ירח מלאכותי" נזנחו במהרה לטובת המונח הפשוט יותר "לוויין". כתוצאה מכך, המונח נהייה מזוהה עם עצמים מלאכותיים החגים בחלל - לרבות, לעיתים, גם כאלו שאינם מקיפים אף כוכב לכת. כתוצאה מכך הוחלט לקרוא לכל העצמים הטבעיים המקיפים כוכבי לכת בשם ירחים וכך התפתח הנוהג גם במאמרים מדעיים. לעיתים, כדי להבהיר את הכוונה משתמשים במונח "לוויין טבעי".
הגדרת המונח ירח.
בקהילה המדעית התקיים ויכוח אודות ההגדרה המדויקת של המונח ירח. ויכוח זה נגרם בשל קיומן של מערכות היקפיות שבהן ההבדל במסה בין הגוף הגדול יותר והלוויין שלו קטן מהמקובל במערכות טיפוסיות. שתי דוגמאות לכך כוללות את המערכת פלוטו-כארון ואת המערכת כדור הארץ-הירח. קיומן של מערכות אלה גרם לוויכוח אודות השאלה היכן להעביר את הגבול בין מערכת כפולה לבין מערכת הכוללת גוף פלנטרי וירח.
המוסכמה המקובלת היא האם נקודת מרכז המסה של המערכת נמצא מתחת לפני השטח של הגוף הגדול או בחלל שביניהם. קביעה זו אינה רשמית ושרירותית במידת-מה. בקצה השני של המגוון נמצאים גושי סלע וקרח היוצרים את מערכות הטבעות סביב ענקי הגז של מערכת השמש ואין נקודת התייחסות שתאפשר לקבוע אם אחד הגושים הללו גדול דיו כדי להיות מסווג כירח, אף כי לעיתים משתמשים במקרה כזה במונח "ירחון" (אנגלית: moonlet) לתיאור עצמים קטנים מאוד המקיפים גוף גדול יותר, וגם כאן אין הגדרה רשמית.
בחירת שמות לירחים.
טרמינולוגיית שמות הירחים במערכת השמש אינה מקרית, והיא מבוסס רבות על שמו של כוכב הלכת סביבו הם חגים. בעוד שכוכבי הלכת נקראים על שמותיהם של אלים מהמיתולוגיה הרומית (מלבד אורנוס), ומרבית הירחים נקראו על שמות של אלים מהמיתולוגיה היוונית (מלבד ירחי אורנוס).
מאדים קרוי על שמו של אל המלחמה הרומאי, ירחי מאדים נקראו על שמותיהם של דימוס, אל הפחד והאימה ופובוס, אל הטרור והאימה, בניו של ארס, אל המלחמה היווני.
צדק נקרא על שמו של ראש האלים הרומאי, ואילו ירחי צדק קיבלו שמות לא אחידים. 4 הירחים הגליליאניים נקראו על שמות דמויות ונימפות יווניות, ירחים עוקבים נקראו לסירוגין על שמות של דמויות ונימפות שונות ללא מדיניות קבועה, דבר שעורר ביקורת לאורך השנים. כיום, ירחים חדשים שמתגלים נקראים על שמן של המאהבות המיתולוגיות של יופיטר (זאוס) או בנותיו של זאוס.
שבתאי נקרא על שמו של אל הזמן הרומאי. ירחי שבתאי נקראו תחילה על שמות גיגאנטים וטיטאנים ילדיהם של אורנוס, אל השמים וגאיה, אלת האדמה היווניים. ואולם ריבוי הירחים שהתגלה סביב שבתאי, והמחסור בשמות זמינים, הביא להסכמה כי הירחים יכולים להיקרא גם על שמותיהם של ענקים ומפלצות ממיתולוגיות אחרות.
אורנוס נקרא על שמו של שליט היקום, והוא הכוכב לכת היחיד שלא נקרא על שמו של אל במיתולוגיה הרומאית אלא על שם אל במיתולוגיה היוונית. ירחי אורנוס קרויים על שמות דמויות מהספרות האנגלית, ביניהם דמויות ממחזותיו של ויליאם שייקספיר ושיריו של אלכסנדר פופ.
נפטון נקרא על שמו של נפטון, אל הים הרומאי. כל ירחי נפטון נקראו על שמות של אלים, דמויות, ונימפות הקשורות לים ולאלי הים במיתולוגיה היוונית.
סוגי ירחים.
ירחים שגרתיים (באנגלית: Regular moons) הם ירחים שמקיפים את כוכב הלכת במסלול קרוב למעגל, בכיוון הסיבוב של כוכב הלכת. מסלולם בעל מחזור הקפה קצר יחסית, זווית נטייה נמוכה יחסית. ההשערה היא שירחים אלו נוצרו באותו זמן שבו נוצר כוכב הלכת. יש לפחות כ-55 ירחים שגרתיים במערכת השמש.
ירחים לא שגרתיים (באנגלית: Irregular moons) הם ירחים קטנים יחסית (רובם בעלי רדיוס של 100–300 קילומטרים) המקיפים את כוכב הלכת במרחק גדול ממנו (מלבד ירחים כמו נראיד וטריטון המקיפים את נפטון במרחק קרוב מאוד), במסלולים אקסצנטריים, בדרך כלל באקסצנטריות הנעה בין 0 ל-0.5, או מקיפים את כוכב הלכת בנטייה מסוימת. ירח הנע במסלול בעל נטייה קטנה מ-90 מעלות (עם כיוון סיבוב כוכב הלכת) נקרא prograde, וירח הנע במסלול בעל נטייה גדולה מ-90 מעלות (נגד כיוון סיבוב כוכב הלכת) נקרא retrograde. במערכת השמש לא קיימים מסלולים בעלי נטייה בתחום 60–120 מעלות, מכיוון שמסלול כזה הוא מסלול לא יציב, וגוף הנמצא במסלול מסוג זה עלול לצאת ממנו. ההשערה היא שירחים אלו הם אסטרואידים שנלכדו בשדה הכבידה של כוכב הלכת, או גופים אשר מסלוליהם הושפעו כבידתית על ידי גופים מסיביים אחרים ונהיו יותר אקסצנטריים או בעלי נטייה יותר גדולה. במערכת השמש, יש לפחות 113 ירחים הנחשבים ירחים לא שגרתיים.
ירחים בעלי מסלול משותף (באנגלית: Co-orbital) אלו ירחים בעלי מסלול כמעט זהה, וכמעט אותו חצי ציר גדול. כתוצאה מההשפעה הכבידתית של אחד על השני, הירחים מחליפים מיקום מבחינת קרבה לכוכב הלכת. הירח הפנימי מקבל תאוצה גבוהה יותר ותופס מסלול חיצוני ומכיוון שכך הוא מאט את תנועתו, ואילו הירח הפנימי מאט ו"נופל" למסלול פנימי יותר כתוצאה מכך מגביר את מהירותו. במערכת השמש ירחי שבתאי אפימתאוס ויאנוס הם הירחים היחידיים המוכרים כירחים בעלי מסלול משותף.
ירחים רועים (באנגלית: Shepherd satellites) הם ירחים הנמצאים בקצוות של טבעת סביב כוכב לכת. כתוצאה מכח הכובד שהם מפעילים ירחים אלו מונעים מהחלקיקים בטבעת הפנימית מלהתפזר. במערכת השמש לירחים רועים הם קורדיליה ואופיליה השומרים על טבעת אפסילון סביב אורנוס, והירחים פרומתאוס ופנדורה השומרים על טבעת F סביב שבתאי.
שמש
פוטון
פֿוֹטוֹן (Photon) הוא חלקיק יסודי, המהווה את הקוונטום של השדה האלקטרומגנטי ונשא הכוח של הכוח האלקטרומגנטי. הפוטון הוא בוזון כיול, נטול מסה ומטען חשמלי, בעל ספין של 1. כל פוטון נושא אנרגיה ומהווה מנה (קוונטום) של קרינה אלקטרומגנטית, לרבות אור וגלי רדיו. אנרגיית הפוטון נקבעת אך ורק לפי התדר או לפי אורך הגל של הפוטון (לחלופין, התדר ואורך הגל נקבעים לפי אנרגיית הפוטון). ההבדל בין אנרגיות פוטון שונות אחראי למגוון רחב של תופעות, לרבות צבעי האור הנראה, תדרים שונים של שידורי רדיו, ההבחנה בין קרינה מייננת לקרינה בלתי מייננת ועוד.
לפוטון, כמו לכל החלקיקים האחרים, ישנן תכונות הן של גל והן של חלקיק, תופעה המכונה "דואליות גל-חלקיק". התופעות דמויות-הגל שמציגים פוטונים הן, לדוגמה, שבירה על ידי עדשה והתאבכות. התכונות החלקיקיות של הפוטון הן, בין השאר, פיזור והעברת אנרגיה במנות בדידות. פוטון שעובר אינטראקציה מלאה עם אטום או עם מולקולה נבלע ומוסר, או נפלט ומקבל, את כל האנרגיה שלו תוך כך. בעקבות האינטראקציה, עוברים האטום או המולקולה עירור או יינון. עבור אור בתחום הנראה, האנרגיה הנישאת על ידי פוטון יחיד של אור ירוק היא כ- ג'ול בקירוב, כמות אנרגיה המספיקה לעורר מולקולה יחידה של תא קולט אור בעין, וליצור בכך אות עצבי שהוא הבסיס הפיזיולוגי לראייה.
פוטונים מקיימים מגוון רחב של אינטראקציות עם חומר, כגון אפקט קומפטון, בו משנה הפוטון את האנרגיה אותה הוא נושא ולכן גם את אורך הגל שלו, ויצירת זוג, תהליך בו אלקטרון ופוזיטרון נוצרים מפוטון בודד העובר ליד אטום. פוטונים יכולים להיפלט מגרעין אטום לא יציב בצורת קרינת גמא, וכמו כן הם יכולים להיפלט על ידי חלקיקים טעונים הנמצאים בתאוצה.
באלקטרודינמיקה קוונטית, הפוטון משמש כמתווך בתהליכים אלקטרומגנטיים, כלומר, האינטראקציה מתרחשת באמצעות החלפת פוטונים בין חלקיקים טעונים. למעשה, כל השדות החשמליים והמגנטיים ניתנים לתיאור באמצעות פוטונים. לפי המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, קיום הפוטון הוא תוצאה של הדרישה כי לחוקים הפיזיקליים תהיה סימטריה מסוימת בכל נקודה במרחב-זמן. תכונות הפוטונים, כגון מטען חשמלי, מסה וספין, נקבעות על ידי מאפייני סימטריה זו (סימטריית כיול).
הרעיון כי האור נישא במנות בדידות, כלומר באמצעות פוטונים, פותח על ידי אלברט איינשטיין החל מ-1905. איינשטיין פירש את הנוסחה שהציע מקס פלאנק על מנת להסביר את הספקטרום של קרינת גוף שחור:
כאשר h הוא קבוע פלאנק. איינשטיין זיהה את E עם אנרגיית קוונט אחד של קרינה אלקטרומגנטית, שלימים נקרא פוטון, ואת ν עם תדר הקרינה. באמצעות מודל הפוטונים, הצליח איינשטיין להסביר את האפקט הפוטואלקטרי. הנוסחה E = hν מכונה נוסחת פלאנק-איינשטיין (Planck-Einstein formula). יחד עם הפיזיקאי ההודי סאטינדרה נאת בוז, איינשטיין סיפק תיאור סטטיסטי של אור, המסביר את קרינת פלאנק. בנוסף, מתוך שיקולים סטטיסטיים, הסיק איינשטיין את קיומו של מנגנון הפליטה המאולצת וכן מצא קשרים בין מקדמי הבליעה והפליטה של אור על ידי חומר.