土星

土星和太陽的平均距離超過了14.37億千米（9.58天文單位），軌道上運行的平均速度是9.69 千米/秒， ^[1]  所以土星上的一年（即土星繞太陽公轉一週）相當於10759個地球日（或是29.457地球年）。 ^[1]  土星的橢圓軌道相對於地球軌道平面的傾角為2.48°， ^[1]  因為離心率為0.056，因此土星與太陽在近日點和遠日點（行星在軌道路徑上與太陽最近和最遠的兩個點）之間的距離變化大約為1.62億千米。 ^[1] 

土星可見的特徵（如六邊型風暴）的自轉速率根據所在緯度的不同而有所不同，各個的區域的自轉週期如下：“系統I”的週期是10小時14分00秒，包含的是赤道區域，從南赤道帶的北緣延伸至北赤道帶的南緣；其他的緯度都屬於週期為10小時39分24秒的“系統II”；基於旅行者號飛越土星時發現的無線電波，“系統III”的週期為10小時39分22.4秒；因為與系統II非常接近，它可以很大程度上替代系統II。

然而，精確的內部週期仍然未能確定。卡西尼號在2004年接近土星時，發現無線電的週期又有可察覺的增加，達到10小時45分45秒（±36秒）。造成變化的原因仍不清楚，但這種變化被認為是由於無線電的來源在土星內部不同的緯度上運動而改變了自轉週期，而不是出自土星本身自轉週期上的變化。

而後，在2007年，無線電發射被發現沒有跟隨着行星一起旋轉，而可能是由等離子體圓盤的對流造成的，它也與除了行星的自轉之外的其他因素有關。有報道指出，這種測量到的自轉週期的變化也許是由土星衞星土衞二上的噴泉活動造成的。由這種活動而散佈進入土星軌道的水蒸氣被電離，從而影響了土星的磁場，使得磁場的旋轉速度相對於土星的自轉被稍稍降低。還沒有方法可以直接測定土星核心的自轉速率。

在2007年9月的報告中，根據各種測量結果（包括卡西尼號、旅行者1號、旅行者2號和先驅者11號的報告）綜合而得的對土星自轉的最後估計值是10小時32分35秒。 ^[2]  根據卡西尼號探測器收集的數據，2019年估計10小時33分38秒。

由於其低密度、高速自轉和流體的可變性，土星的外形呈現為一個橢球體，也就是極軸相對扁平而赤道相對突出，它的赤道直徑和兩極直徑之比相差大約10%（前者120536千米，後者108728千米）。 ^[1]  其它氣體行星雖然也是橢球體，但突出程度都較小。雖然土星核心的密度遠高於水，但由於存在較厚的大氣層，土星仍是太陽系中僅有的密度低於水的行星，它的比重是0.69g/cm³。土星的質量是地球的95倍， ^[1]  相較之下木星質量是地球的318倍，但木星的直徑大約僅為土星的1.21倍。木星和土星一起佔據太陽系總行星質量的92%。 ^[3] 

土星被稱為氣態行星，但它並不完全是氣態的。這顆行星主要包括氫氣，在密度為0.01g/cm3以上時氫氣變成了非理想液體。此密度被達到在包含99.9％土星質量的半徑。從行星內部直到的核心的温度，壓力和密度全都是穩步上升，使在行星的更深層導致氫氣轉變成金屬。 ^[3] 

雖然只有少量的直接資料，但標準的行星模型表明，土星的內部結構仍被認為與木星相似，即有一個被氫和氦包圍着的較小核心。岩石核心的構成與地球相似但密度更高，估計核心的質量大約是地球質量的9–22倍。 ^[4]  在核心之外，有更厚的液態金屬氫層，然後是數層的液態氫和氦層，在最外層是厚達1000千米的大氣層， ^[5]  也存在着各種型態冰的蹤跡。

土星有非常熱的內部，核心的温度高達11700°C，並且輻射至太空中的能量是它接受來自太陽的能量的2.5倍。大部分能量是由緩慢的重力壓縮（克赫歷程）產生，但這還不能充分解釋土星的熱能製造過程。額外的熱能可能由另一種機制產生：在土星內部深處，液態氦的液滴如雨般穿過較輕的氫，在此過程中不斷地通過摩擦而產生熱。 ^[6] 

土星外圍的大氣層包括96.3%的氫和3.25%的氦，可以偵測到的氣體還有氨、乙炔、乙烷、磷化氫和甲烷。上層的雲由氨的冰晶組成，較低層的雲則由硫化氫銨（NH₄HS）或水組成。相對於太陽所含有的豐富的氦，土星大氣層中氦的豐盈度明顯高很多。對於比氦重的元素的含量，如今所知不甚精確；但如果假設與太陽系形成時的原始豐盈度是相當的，則可估算出這些元素的總質量是地球質量的19-31倍，而且大部分都存在於土星的核心區域。

土星的上層大氣與木星相似（在相同定義的前提下），同樣都有着顯而易見的條紋；但土星的條紋比較幽暗，並且赤道附近的條紋也比較“幽色”。從底部延展至大約10千米高處，是由水冰構成的層次，温度大約是-23℃。在這之後是硫化氫氨冰的層次，延伸出另外的50千米，温度大約在-93℃，在這之上是80千米的氨冰雲，温度大約是-153℃。接近頂部，在雲層之上200～270千米是可以看見的雲層頂端，由數層氫和氦構成的大氣層。土星的風速是太陽系中最高的，旅行者號的數據顯示土星的東風最高可達500m/s（1800千米/時）。直到旅行者探測器飛越土星，比較纖細的條紋才被觀測到。然而從那之後，地基望遠鏡也被改善到在通常情況下都能夠觀察到土星的這些細紋。

土星的大氣層通常都很平靜，偶爾會出現一些持續較長時間的長圓形特徵，以及其他在木星上常常出現的特徵。1990年，哈勃太空望遠鏡在土星的赤道附近觀察到一朵極大的白雲，是在旅行者號探測器與土星遭遇時未曾看見的，在1994年又觀察到另一朵較小的白雲風暴。1990年的白雲是大白斑的一個例子，這是在每一個土星年（大約30個地球年），當土星北半球夏至的時候所發生的獨特但短期的現象。之前的大白斑分別出現於1876、1903、1933和1960年，並且以1933年的最為著名。如果這個週期能夠持續，下一場大風暴將在大約2020年發生。來自卡西尼號探測器的最新圖像顯示，土星的北半球呈現與天王星相似的明亮藍色。這種藍色非常可能是由瑞利散射造成的，但因為當時土星環遮蔽住了北半球，因此從地球上無法看見這種藍色。天文學家通過分析紅外線影像發現土星有一個“温暖”的極地漩渦，這種特徵在太陽系內是僅有的。天文學家認為這個點是土星上温度最高的點，土星上其他各處的温度是-185°C，而該漩渦處的温度則高達-122°C。 ^[7] 

旅行者1號的影像中最先被注意到的是一個長期出現於北緯78°附近，圍繞着北極的六邊形漩渦。不同於北極，哈勃太空望遠鏡所拍攝到的南極區影像有明顯的“噴射氣流”，但沒有強烈的極區漩渦，也沒有“六邊形的駐波”。但是，NASA報告卡西尼號在2006年11月觀測到一個位於南極像颶風的風暴，有着清晰的眼壁。這是很值得注意的觀測報告，因為在過去除了地球之外，沒有在任何的行星上觀測到眼壁雲（包括伽利略號探測器在木星的大紅斑上都未能發現眼壁雲）。

在北極的六邊形結構中每一邊的直線長度大約是13800千米，整個結構每10小時39分24秒自轉一週，與行星的無線電波輻射週期一樣，這也被認為是土星內部的自轉週期。這個六邊形結構像大氣層中可見的其他雲彩一樣，在經度上沒有移動。這個現象的規律性的起源仍在猜測之中，多數的天文學家認為是在大氣層中某種形式的駐波，但是六邊形也許是一種新型態的極光。在實驗室的流體轉動桶內已經模擬出了多邊型結構。

土星有一個簡單的具有對稱形狀的內在磁場——一個磁偶極子。磁場在赤道的強度為0.2高斯（20µT），大約是木星磁場的20分之一，比地球的磁場微弱一點；由於強度遠比木星磁場微弱，因此土星的磁層僅延伸至土衞六軌道之外。磁層產生的原因很有可能與木星相似——由金屬氫層（被稱為“金屬氫發電機”）中的電流引起。與其他的行星一樣，土星磁層會受到來自太陽的太陽風內的帶電微粒影響而產生偏轉。衞星土衞六的軌道位於土星磁層的外圍，並且土衞六的大氣層外層中的帶電粒子提供了等離子體。

土星環繞太陽旋轉一週接近30年，在公轉一次中僅出現兩次土星雙極光現象。哈勃望遠鏡拍攝的這張圖像顯示土星每個極地同時出現閃亮的極光。這一現象是由於太陽風形成的。太陽風是太陽噴射的亞原子帶電粒子流，與土星大氣層的分子發生交互作用。在地球上，極光是帶電粒子沿着地球磁場線進入大氣層形成的奇特現象。天文學家發現該圖像中土星北極和南極極光之間存在細微的差別，其中包含在北極光中的明亮橢圓形狀區域比南極光區域略小，並且光線更強烈一些。這暗示着土星的磁場分佈並不均勻，由於北極磁場更強一些，當太陽粒子穿過北極大氣層時被加速形成能量較高的粒子流。

土星雲層的組成隨深度和壓力的增加而變化。雲層上層由氨冰組成，温度在100-160K之間，壓力在0.5-2巴之間。雲層中層為水冰雲，從壓力約為2.5巴開始，向下延伸至9.5巴，温度在185至270K之間。在這一層中還包含着一條硫化氫銨冰帶，位於壓力範圍3-6巴，温度為190-235K。雲層下層壓力為10至20巴，温度為270至330K，包含了一個氨水溶液液滴的區域。

1610年，意大利天文學家伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）觀測到在土星的球狀本體旁有奇怪的附屬物。1659年，荷蘭學者克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）證實這是離開本體的光環。當時觀測到土星環有5個（1979年先驅者11號又探測到兩個新環）。1675年意大利天文學家喬凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini），發現土星光環中間有一條暗縫（後稱卡西尼縫），他還猜測光環是由無數小顆粒構成。兩個多世紀後的分光觀測證實了他的猜測，但在這二百年間，土星環通常被看作是一個或幾個扁平的固體物質盤。直到1856年，英國物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）從理論上論證了土星環是無數個小衞星在土星赤道面上繞土星旋轉的物質系統。

土星環位於土星的赤道面上。在空間探測前，從地面觀測得知土星環有五個，其中包括三個主環（A環、B環、C環）和兩個暗環（D環、E環）。B環寬又亮，它的內側是C環，外側是A環。A、B兩環之間為寬約4800千米的卡西尼縫，是天文學家卡西尼在1675年發現的，產生環縫的原因是因為光環中有衞星運行，衞星的引力造成的。B環的內半徑91500千米，外半徑116500千米，寬度25000千米，可以並排安放兩個地球。A環的內半徑121500千米，外半徑137000千米，寬度15500千米。C環很暗，它從B環的內邊緣一直延伸到離土星表面只有12000千米處，寬度約19000千米。1969年在C環內側發現了更暗的D環，它幾乎觸及土星表面。在A環外側還有一個E環，由非常稀疏的物質碎片構成，延伸在五六個土星半徑以外。1979年9月先驅者11號探測到兩個新環——F環和G環。F環很窄，寬度不到800千米，離土星中心的距離為2.33個土星半徑，正好在A環的外側。G環離土星很遠，展布在離土星中心大約10～15個土星半徑間的廣闊地帶。先驅者11號還測定了A環、B環、C環和卡西尼縫的位置、寬度，其結果同地面觀測相差不大。先驅者11號的紫外輝光觀測發現，在土星的可見環周圍有巨大的氫雲，環本身是氫雲的源。

除了A環、B環、C環以外的其他環都很暗弱。土星的赤道面與軌道面的傾角較大，從地球上看，土星呈現出南北方向的擺動，這就造成了土星環形狀的週期變化。仔細觀測發現，土星環內除卡西尼縫以外，還有若干條縫，它們是質點密度較小的區域，但大多不完整且具有暫時性。只有A環中的恩克縫為永久性，不過，環縫也不完整。科學家認為這些環縫都是土星衞星的引力共振造成的，猶如木星的巨大引力攝動造成小行星帶中的柯克伍德縫一樣。“先驅者”11號在A環與F環之間發現一個新的環縫，稱為“先驅者縫”，還測得恩克縫寬度為392千米。由觀測闡明土星環的本質要歸功於美國天文學家基勒，他在1895年從土星環的反射光的多普勒頻移發現土星環不是固體盤，而是以獨立軌道繞土星旋轉的大羣質點。土星環掩星並沒有把被掩的星光完全擋住，這也説明土星環是由分離質點構成的。1972年從土星環反射的雷達回波得知環的質點是直徑介於4到30釐米之間的冰塊。

探測器傳回的土星照片讓科學家非常吃驚，在近處所看到的土星環，竟然是一大片碎石塊和冰塊，使人眼花繚亂。它們的直徑從幾釐米到幾十釐米不等，只有少量的超過1米或者更大，土星周圍的環平面內有數百條到數千條大小不等，形狀各異的環。大部分環是對稱地繞土星轉的，也有不對稱的有完整的、比較完整的、殘缺不全的。環的形狀有鋸齒形的，也有輻射狀的。令科學家迷惑不解的是，有的環好像是由幾股細繩鬆散的搓成的粗繩一樣，或者説像姑娘們的髮辮那樣相互扭結在一起。輻射狀的環更是令科學家大開了眼界而又傷透了腦筋，組成環的物質就像車輪那樣，步調整齊地繞着土星轉，要求那些離得越遠的碎石塊和冰塊運動的速度越快。這顯然違背了已經掌握的物質運動定律。

美國國家航空航天局（NASA）的科學家於2009年10月8日發現土星周圍存在一個“隱形”的巨大光環，這個光環可以容納10億個地球。NASA噴氣推進實驗室稱，該光環平面與土星主光環面成27度傾角，該光環內側距離土星約595萬千米，寬度約1190萬千米它的直徑相當於300倍土星的直徑。可容納大約10億個地球。光環由冰和塵埃微粒組成，它們之間的距離如此之大，即使你站在光環上也看不清楚，另外土星照射到的太陽光線很少，光環反射出的可見光更少，令它難以被發現組成光環的塵埃温度很低，僅有-193℃，但卻散發出熱輻射。NASA斯皮策太空望遠鏡正是捕捉到這些熱輻射，才發現了這個巨大的光環。土衞九的軌道穿越該光環。科學家們認為，光環內的冰和塵埃來自於土衞六與彗星的碰撞。光環的發現可能有助於解釋關於土衞八的一個古老而神秘的問題。天文學家卡西尼1671年首次發現土衞八，稱這個星球一面黑一面白，就像太極符號一樣。新發現的光環旋轉軌道與土衞八相反。科學家們推測，光環內的塵埃飛濺到土衞八表面上，形成了黑色區域。“長久以來，航天學者一直認為土衞九與土衞八表面之上的黑色物質之間存在某種聯繫，新發現的光環為此提供了令人信服的證據。”新光環的發現者之一、馬里蘭大學專家道格拉斯·漢密爾頓説。

土星有為數眾多的衞星。精確的數量尚不能確定，所有在環上的大冰塊理論上來説都是衞星，而且要區分出是環上的大顆粒還是小衞星是很困難的。到2009年已經確認的衞星有62顆，到2019年已經確認的衞星有82顆，到2023年已經確認的衞星有145顆 ^{[13]  [16]}  ，其中53顆已經有了正式的名稱， ^[8]  29顆仍然未被命名。還另外3顆衞星可能是環上塵埃的聚集體而未能確認。此外，有證據表明，土星環中有數十至數百個直徑為40-500米的小衞星， ^[9]  不被認為是真正的衞星。從理論上來説，所有在環上的大冰塊都是衞星，但要區分出是環上的大冰塊還是小衞星是很困難的。許多衞星都非常的小，34顆的直徑小於10千米，另外13顆的直徑小於50千米，只有7顆有足夠的質量能夠以自身的重力達到流體靜力平衡。

土星有一個顯著的環系統，主要的成分是冰的微粒和較少數的岩石殘骸以及塵土已經確認的土星的衞星有62顆，其中9個是1900年以前發現的。土衞六是土星系統中最大和太陽系中第二大的衞星（半徑2575千米）（太陽系最大的衞星是木星的木衞三半徑2634千米），比行星中的水星還要大；而且土衞六是太陽系僅有的擁有明顯大氣層的衞星。最先發現的前九顆衞星按距離土星由近到遠排列為：土衞一、土衞二、土衞三、土衞四、土衞五、土衞六、土衞七、土衞八、土衞九。但土衞十比土衞一更靠近土星，離土星的距離只有159500千米，僅為土星赤道半徑的2.66倍，已接近洛希極限。這些衞星在土星赤道平面附近以近圓軌道繞土星轉動。

1980年，當旅行者號探測器飛過土星時，在原有的九顆衞星（土衞一到土衞九）基礎上，又發現了八顆新的衞星。但是很難説土星究竟有多少衞星。一些組成土星光環的較大的粒子實際上也許就是小衞星。土星在太陽系中擁有的衞星最多。跟木星衞星不一樣，土星衞星不能簡單地以成分和密度歸類劃分。“旅行者號”所發現的衞星顯示出複雜多樣的特徵。

天文學家從旅行者號探測器發回的資料發現，除土衞六外，土星的其他衞星都比較小，在寒冷的表面上都有隕擊的疤痕，像破碎了的蛋殼。土衞一表面上有一個直徑達128千米的赫歇爾隕石坑；土衞二有着荒涼的平原、隕石坑和斷皺的山脊，它的不同區域代表着不同的歷史時期；土衞三上有一個又深又寬，長約800千米的裂谷；土衞四表面有稀疏而明亮的條紋，它們都環繞着隕石坑。

2019年10月，國際天文聯合會小行星中心宣佈，研究人員在土星周圍新發現20顆衞星。這20顆新發現的土星衞星每顆直徑僅約5千米，其中17顆是逆行衞星，即繞土星運轉方向與土星自轉方向相反；另3顆為順行衞星。它們都屬於距土星較遠的外層衞星，其中一顆逆行衞星是迄今已知距土星最遠的衞星。依照軌道傾角的不同，土星的外層衞星被劃分為諾爾斯羣、高盧羣和因紐特羣。新發現的衞星中，有兩顆順行衞星被歸入因紐特羣，研究人員認為這兩顆衞星與該羣其他成員一樣，都是由一顆大衞星在遙遠的過去分裂而成。17顆逆行衞星被劃入諾爾斯羣，它們可能也曾同屬於一顆更大的衞星。還有一顆順行衞星軌道傾角與高盧羣衞星相似，但其軌道半徑比包括高盧羣成員在內的其他順行衞星都大得多。

在史前時代就已經知道土星的存在，在古代，它是除了地球之外已知的五顆行星中最遠的一顆，並且有與其特性相符的各式各樣的神話。在古羅馬神話中它是農神，從這顆行星所採用的名字，它是農業和收穫的神祇。羅馬人認為他與希臘神克洛諾斯，希臘人認為最外層的行星是神聖的克洛諾斯，而羅馬人也承襲這個傳統。

在印度占星學，有9個占星用的天體，像是著名的納瓦格拉哈歷（Navagraha，梵文：नवग्रह），土星是其中之一稱為“Sani”或“Shani”，法官在眾行星之中，由大家共同評判各自的行為是好或是壞。古代的中國和日本文化依據中國的五行之説選定這顆行星是土星，是在傳統上用於自然分類的元素之一。在古希伯來語，土星稱為“Shabbathai”，它的天使是卡西爾（Cassiel），意思是智慧之神或有益於身心的；是Agiel（精靈），它更為黑暗的一面就是惡魔（lzaz）。在奧圖曼土耳其使用的烏爾都語和馬來語，它的名稱是“Zuhal”，是從阿拉伯文زحل轉化過來的，

使用口徑1.5釐米的望遠鏡就能看見土星環，但直到1610年伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）用望遠鏡看了才知道它的存在。他雖然起初認為是在土星兩側的衞星，直到克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）使用倍數更高的望遠鏡才看清楚並認為是環。惠更斯也發現了土星的衞星土衞六。不久之後，卡西尼發現了另外4顆衞星：土衞八、土衞五、土衞三和土衞四。在1675年，喬凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）發現了著名的卡西尼縫。之後一段時間都沒有進一步的有意義發現，直到1789年威廉·赫歇爾（Willim Herschel）才再發現兩顆衞星：土衞一和土衞二。形狀不規則的土衞七和土衞六有着共振，是在1848年被威廉·拉塞爾（William Lassell）發現的。在1899年，威廉·亨利·皮克林（William Henry Pickering）發現土衞九，一顆極度不規則衞星，它沒有如同更大衞星般的同步轉動。土衞九是第一顆被發現的這種衞星，它以週期超過一年的逆行軌道繞着土星公轉。在20世紀初期，對土衞六的研究在1944年確認它有濃厚的大氣層——這是在太陽系的衞星中很獨特的特徵。

説到太陽系裏的八大行星，大多數人的腦海裏，第一個浮現的行星或許就是土星了。無可否認，土星的顯著光環是八大行星裏僅有，使用一般的天文望遠鏡就能輕易看見了，其他行星的光環，猶如小巫見大巫，相比土星光環十分不起眼。土星最吸引人的地方，莫過於那漂亮的光環，猶如天使頭上的光環那樣，耀眼奪目。有天文望遠鏡的讀者們，無論你的望遠鏡大或小，依然可見其光環。如果天氣好的話，不妨把望遠鏡拿出來觀測下土星，2013年的土星環傾斜角度。在接下來的4年裏，土星環的傾斜角度會繼續增加，直到2017年，土星環增開角度最大，屆時土星的整體亮度也會增加。

土星是肉眼可見的五顆行星中距離最遠的一顆，其他四顆是水星、金星、火星和木星（天王星和灶神星在黑暗的環境下也能用肉眼看見），並且直到1781年發現天王星之前，是早期的天文學家所知道的最後一顆行星。以肉眼在夜晚看見的土星是一顆明亮的，發出淡黃色光芒的光點，光度通常在+1至0等之間，以29½年的週期在黃道上以黃道帶的眾星作為背景，繞行天球一週。多數人藉助於光學儀器（大的雙筒鏡或望遠鏡）的協助，以20倍以上的倍數，就能清楚的看見土星環。土星是外行星，在合日（視覺上接近太陽）前後兩個月以外，其他時間也適合觀測。而跟外行星的性質一樣當衝日時是觀測土星最好時候，因為土星衝日時，土星最亮（約0等）之餘視直徑（角直徑）也最大而且衝日前後整夜可見。通過三英寸口徑（物鏡直徑）或以上的望遠鏡，以目鏡放大80倍以上便能透過它清楚看見土星及土星環，在大氣穩定時（放大100倍以上）還能看到卡西尼環縫。土星在天空中可見的大部分時間，都是值得鼓勵大家觀賞的目標。在接近衝（行星的位置在離日度180°之處，也就是在天空中與太陽相對的方向上）的前後時段是觀賞土星和土星環的最佳時段。土星在2002年12月17日衝日的時亮度最大，因為土星環以最有利的角度朝向地球 ^[10] 

2023年6月30日，美國宇航局公佈了一張由詹姆斯·韋布空間望遠鏡拍攝的土星照片。這張照片是由韋布望遠鏡的近紅外相機於6月25日拍攝的，“讓天文學家們為之着迷”。 ^[17] 

為了探測太陽系外圍空間的物理情況，1973年4月先驅者11號發射，1979年9月1日飛臨土星，成為第一個就近探測土星的人造天體。先驅者11號發現土星有一個由電離氫構成的廣延電離層，其高層温度約為977℃。觀測結果表明，土星極區有極光。先驅者11號飛船於1979年8月、9月在距土星128萬千米處發現，土星磁場十分特殊，磁場圖很像一條大鯨魚，其頭部圓鈍，兩邊伸出“扁形翅”，還有粗壯的“尾巴”。土星磁場的磁軸與其自轉軸吻合，磁心偏離土星核心22.5千米。磁場範圍比地球的磁場範圍大上千倍，但比木星磁場小，也沒有木星磁場複雜。

旅行者1號、旅行者2號在考察完木星後，繼續駛向土星，對土星進行考察。完成考察土星的任務後，旅行者2號又繼續飛向天王星和海王星，對它們進行考察。這些“一身多任”的宇宙飛船，為我們帶來了土星的新消息。美國國立光學天文台的科學家們在研究“旅行者”2號發回的土星照片時，發現了一個奇怪的現象：在土星的北極上空有個六角形的雲團。這個雲團以北極點為中心，並按照土星自轉的速度旋轉。土星北極的六角形雲團並不是旅行者2號直接拍到，因為“旅行者”2號並沒有直接飛越土星北極上空。但它在土星周圍繞行時，從各個角度拍下了土星照片。天文學家們把那些照片合成以後，才看清了土星北極上空的全貌，也才發現了那個六角形雲團。土星北極上空六角形雲團的出現，促使科學家們不得不重新認識土星，NASA推測其成因與土星的氣候有關。

卡西尼號是卡西尼—惠更斯號的一個組成部分。卡西尼—惠更斯號是美國國家航空航天局、歐洲航天局和意大利航天局的一個合作項目，主要任務是對土星系進行空間探測。卡西尼號探測器以意大利出生的法國天文學家卡西尼的名字命名，其任務是環繞土星飛行，對土星及其大氣、光環、衞星和磁場進行深入考察，

卡西尼號太空探測器在經過6年8個月、35億千米的漫長太空旅行之後，已於北京時間2004年7月1日12時12分按計劃順利進入環繞土星轉動的軌道，開始計劃對土星大氣、光環和衞星進行歷時4年的科學考察（實際上持續了13年之久）。將近距離地縱覽土星全貌，對土星和它眾多的衞星進行全面考察。

卡西尼號從2004年1月起，就開始拍攝土星家族全面、完整的照片和電影。卡西尼號攜帶的照相機，比哈勃太空望遠鏡上的同類照相機性能更好。在臨近入軌之前，2004年6月11日，它對土衞九進行了探測，拍攝了這顆衞星極其清晰的照片。土衞九是土星距離最遠的一顆衞星，半徑110千米，科學家猜想它是被土星俘獲的一顆小行星。“卡西尼號”在離開它2000千米處經過對它的質量和密度進行了測量，

2005年2月17日，卡西尼號在離開土衞二1179千米處經過，而同年3月9日，距離更近到499千米。土衞二半徑250千米表面非常明亮，幾乎能反射百分之百的陽光。科學家懷疑它的表面是光滑的冰層，卡西尼號探測它的磁場以判斷它的表層下面是否有含鹽分的水存在。2005年4～9月，卡西尼號的軌道將從土星赤道面改變到與這一平面成22度夾角，居高臨下對土星光環和大氣進行測量，進一步探測光環結構、組成光環的物質粒子和土星大氣物理特性。2005年9～11月，卡西尼號將逐個接近土衞四、土衞五、土衞七和土衞三，分別對它們進行觀測。土衞四半徑560千米土衞五半徑870千米，它們的外表很像我們的月亮，密佈環形山。土衞七位於土衞六與土衞八之間形狀不規則最長處直徑175千米，很像一顆小行星。土衞三半徑530千米，密度和水一樣，很可能是一個冰球。

2006年7月到2007年7月，卡西尼號將系統地監視和拍攝土星、土星光環、土星磁層的圖像。2007年7～9月它將再次拍攝土星及其家族的電影，並在9月10日到離開土衞八約1000千米處對土衞八進行觀測。土衞八半徑為720千米其表面一面顏色很暗，另一面卻接近白色，很為奇特。2007年10月到2008年7月，卡西尼號將逐步地進一步增大軌道與土星赤道平面的夾角，最後達到75.6度這樣卡西尼號就能更好地觀測土星的光環，測量遠離土星赤道平面處的磁場和粒子、監視土星的兩極地區和觀測土星極光現象。其間，在2007年12月3日和2008年3月12日，兩次接近土衞十一，分別在離開土衞十一6190千米和995千米處對這顆衞星進行觀測。2017年9月15日，已經在太空工作20年的卡西尼號探測器在受控情況下，於土星大氣層中墜毀。

將於2026年發射蜻蜓號（Dragonfly）着陸器前往土星最大衞星——土衞六（Titan）。蜻蜓號將對土衞六進行全方位探查，研究生命的起源以及該星球是否能夠維持微生物生命。NASA在其官網聲明中稱，蜻蜓號是一架雙四軸無人飛行器，擬於2026年年發射，2034年抵達土衞六。蜻蜓號將探索土衞六這個冰冷世界的幾十個地點，採樣和測量土衞六表面有機物質的組成，以表徵土衞六環境的可居住性，並調查生命起源化學的進展。這也將是NASA首次在另一個星球使用多旋翼飛行器進行科學研究。 ^[11] 

土星是密度最小的行星，擁有最多的衞星，發生過最高的風眼牆、持續時間最長的閃電暴。土星周圍寬闊的環系也是太陽系中最大的環系。（吉尼斯世界紀錄） ^[12] 

2023年5月10日，據英國《新科學家》網站報道，國際天文學聯合會（IAU）宣佈，土星的衞星家族再添28名“新丁”，使其衞星總數達到117顆，超越木星的95顆，一躍成為太陽系的“衞星之王”。 ^[14]