Charon est un statellite de Pluton, avec laquelle il forme un couple de planètes naines. Découvert en 1978 par J. W Christy et R. S. Harrington (US Naval Observatory de Flagstaff), il constitue, par sa taille exceptionnelle, un cas unique parmi les satellites naturels du Système solaire. Avec un diamètre d'environ 1212 kilomètres, il est si grand par rapport à Pluton, qui mesure 2377 kilomètres de diamètre, que le système est souvent qualifié de planète binaire, les deux corps orbitant autour d'un barycentre situé en dehors de la surface de Pluton. Cette particularité, couplée à la proximité de leurs masses (Charon possède environ un huitième de la masse de Pluton), en fait un système exceptionnel dont l'étude, révolutionnée par le survol de la sonde New Horizons en juillet 2015, a profondément renouvelé notre compréhension des petits corps glacés aux confins du Système solaire.

La genèse de ce système binaire est aujourd'hui largement attribuée à un scénario de collision géante, similaire à celui ayant présidé à la formation de la Lune terrestre. Il y a plusieurs milliards d'années, un objet de taille conséquente, dont le diamètre est estimé à environ 1750 kilomètres, serait entré en collision avec Pluton à une vitesse relativement faible, d'environ 1 km/s. Ce choc, modélisé comme un impact rasant, aurait projeté en orbite une quantité considérable de débris provenant des manteaux glacés des deux corps précurseurs, ces derniers n'étant vraisemblablement que partiellement différenciés en un noyau rocheux et un manteau de glace à ce stade précoce de l'histoire du Système solaire. L'étude fine des densités respectives de Pluton et Charon, désormais connues avec une grande précision, soutient cette hypothèse. En effet, bien que Pluton et Charon soient tous deux composés d'un mélange de roches et de glaces, le satellite est environ 10% plus glacé que sa planète hôte, ce qui est cohérent avec l'idée que l'impact ait arraché une partie significative du manteau de glace du proto-Pluton pour former Charon, laissant le corps plus riche en roches.
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La surface de Charon, révélée par New Horizons, offre un contraste saisissant avec celle de Pluton. Là où Pluton exhibe une géologie jeune et dynamique, dominée par les glaces volatiles de méthane et d'azote, Charon présente une surface ancienne et géologiquement morte, recouverte presque exclusivement de glace d'eau cristalline. Cette glace, d'un albédo élevé, est parsemée de cratères d'impact, témoignant de l'âge vénérable de sa croûte. Cependant, l'absence d'une activité de surface récente n'implique pas un passé géologique monotone. La sonde a mis en évidence un vaste réseau de failles d'extension et de canyons, dont le plus spectaculaire, nommé Serenity Chasma, s'étend sur plus de 1800 kilomètres de long, suggérant une période ancienne de dilatation et de fracturation de la croûte, probablement liée au refroidissement et à la cristallisation d'un océan interne aqueux primitif. L'un des traits les plus intrigants est la calotte polaire rougeâtre qui coiffe le pôle nord de Charon. Sa composition, riche en matière organique complexe (tholins), proviendrait de la capture et du traitement par le rayonnement ultraviolet du méthane qui s'échappe de l'atmosphère de Pluton et se condense aux pôles de Charon durant les longs hivers polaires, un phénomène unique dans le Système solaire.

Les récentes observations du télescope spatial James Webb (JWST) ont apporté des informations supplémentaires cruciales sur la composition chimique de Charon, révélant pour la première fois la présence de dioxyde de carbone (CO2) et de peroxyde d'hydrogène (H2O2) à sa surface. La détection du peroxyde d'hydrogène confirme que la surface glacée de Charon est activement modifiée par l'irradiation due aux rayons cosmiques et au vent solaire, un processus de météorisation spatiale qui altère la glace d'eau pure. Quant au dioxyde de carbone, sa présence en surface pourrait ne pas être le fruit d'un dépôt externe, mais plutôt révéler des remontées de matériaux de l'intérieur du satellite, exhumés par les impacts de cratères. Cette découverte suggère que le CO2, présent dans le disque protoplanétaire originel, a été piégé dans l'intérieur de Charon lors de sa formation, offrant un aperçu rare sur la composition de la nébuleuse primitive. Enfin, l'identification d'espèces d'ammoniac hydraté sur sa surface, dont l'existence était suspectée depuis les observations terrestres, a été confirmée, ajoutant une autre couche de complexité à la composition chimique de ce corps à la croisée des mondes des comètes et des planètes naines.