Proteus ou Protée est un petit satellite de Neptune, dont l'orbite frôle presque la haute atmosphère de la planète. Découvert en 1989 grâce aux observations de la sonde Voyager 2, Protée (Neptune VIII) constitue un objet d'étude fondamental pour comprendre les confins du système neptunien et les limites des modèles de formation planétaire. Sa découverte tardive, malgré une taille surpassant celle de Néréide (connue depuis 1949), s'explique par un albédo extrêmement faible et une proximité immédiate avec la planète géante, ce qui le noyait dans l'éclat éblouissant de Neptune pour les instruments terrestres de l'époque. L'analyse des données transmises par Voyager 2 a révélé un monde irrégulier, sombre et criblé de cratères, véritable fossile géologique témoignant d'un passé violent.

Protée orbite autour de Neptune à une distance moyenne d'environ 117 647 kilomètres, ce qui le place à l'intérieur du système des satellites intérieurs réguliers, au-delà des anneaux mais bien en deçà de l'orbite de Triton. Sa période de révolution sidérale est d'environ 1,122 jour terrestre. L'orbite est quasi circulaire (excentricité très faible, de l'ordre de 0,0005) et presque parfaitement alignée avec le plan équatorial de Neptune (inclinaison proche de 0 degré), caractéristique qui le classe sans ambiguïté parmi les satellites réguliers, c'est-à-dire formés in situ à partir du disque d'accrétion de la planète, contrairement aux satellites irréguliers capturés. Son mouvement est prograde, et du fait de son orbite située sous l'orbite géostationnaire de Neptune, il subit un freinage par effet de marée qui, sur des échelles de temps cosmologiques, mènera inévitablement à sa désintégration une fois la limite de Roche atteinte, formant probablement un nouvel anneau pour la planète.

La morphologie de Protée est singulière. Avec des dimensions d'environ 436 × 416 × 402 kilomètres, le satellite dépasse de justesse le seuil au-delà duquel un corps acquiert une forme sphérique sous l'effet de son propre poids. Son aspect irrégulier, grossièrement polyédrique, indique que sa masse (estimée aux alentours de 4,4.10¹⁹ kilogrammes) est insuffisante pour imposer un équilibre hydrostatique complet. La surface, d'une extrême noirceur, présente un albédo géométrique voisin de 0,096, ce qui signifie qu'elle ne réfléchit qu'environ 10 % de la lumière solaire incidente. Cette propriété spectroscopique suggère une composition de surface riche en composés carbonés complexes, probablement des tholins, et en matériaux organiques sombres similaires à ceux observés sur d'autres lunes glacées du Système solaire externe ayant subi une intense irradiation par les particules chargées de la magnétosphère neptunienne. La signature spectrale en proche infrarouge indique également la présence de glace d'eau, mais sous une forme contaminée ou intimement mélangée à la phase sombre, ce qui abaisse drastiquement la réflectivité globale. La température de surface avoisine les 51 kelvins, un froid extrême où la glace d'eau possède la rigidité du granite.

L'hémisphère de Protée imagé par Voyager 2 se révèle être l'un des paysages les plus cratérisés du Système solaire. La densité de cratères d'impact atteint le seuil de saturation : tout nouvel impact efface statistiquement un cratère préexistant. Cette surface antédiluvienne ne montre aucun signe de resurfaçage endogène notable, ni volcanisme, ni tectonique extensive. Le trait géologique le plus remarquable est le cratère Pharos, une dépression d'impact dépassant les 230 kilomètres de diamètre, soit plus de la moitié du diamètre moyen du satellite. L'existence même de Pharos défie l'intuition géophysique : un impact de cette énergie sur un corps de cette taille aurait dû, en principe, le désintégrer cataclysmiquement. Sa survie suggère une structure interne poreuse, capable d'amortir les ondes de choc, un corps peu dense (la densité est estimée autour de 1,3 g/cm³) formé d'un mélange poreux de roche et de glaces. L'intérieur de Pharos présente une morphologie en creux centrale, peut-être due à la relaxation de la topographie post-impact, et des parois structurées par des failles concentriques et des dépôts d'éjectas. Outre Pharos, la surface est marquée de fractures linéaires, de sillons et de quelques escarpements lobés dont l'origine peut être attribuée aux contraintes mécaniques engendrées par des impacts colossaux ou à des processus de compaction interne.

L'origine de Protée s'inscrit dans le scénario catastrophique qui a remodelé le système neptunien primordial. L'hypothèse dominante postule que la capture gravitationnelle de Triton, satellite rétrograde massif venu de la ceinture de Kuiper, a pulvérisé et dispersé le système satellite originel de Neptune. Les débris générés par cette capture se seraient ré-accumulés pour former un nouveau cortège de lunes intérieures régulières, dont Protée serait le membre le plus massif. Cette genèse collisionnelle explique la composition de type "tas de décombres" et la densité singulièrement basse. En cela, Protée est un témoin clé de la dynamique post-capture, représentant le plus grand objet issu de la ré-accrétion du disque de débris. Son étude comparée avec les autres satellites intérieurs comme Larissa ou Galatée, aux propriétés similaires mais de tailles moindres, corrobore ce scénario d'une population de seconde génération, formée bien après l'épisode principal de formation planétaire.