公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)

公轉(zhuǎn)

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，所以土星上的一年（即土星繞太陽公轉(zhuǎn)一周）相當(dāng)于10759個地球日（或是28.5地球年）,。土星的橢圓軌道相對于地球軌道平面的傾角為2.48°，因為離心率為0.056,，因此土星與太陽在近日點和遠(yuǎn)日點（行星在軌道路徑上與太陽最近和最遠(yuǎn)的兩個點）之間的距離變化大約為1.62億千米,。

自轉(zhuǎn)

土星可見的特征（如六邊型風(fēng)暴）的自轉(zhuǎn)速率根據(jù)所在緯度的不同而有所不同，各個的區(qū)域的自轉(zhuǎn)周期如下：“系統(tǒng)I”的周期是10小時14分00秒,，包含的是赤道區(qū)域,，從南赤道帶的北緣延伸至北赤道帶的南緣；其他的緯度都屬于周期為10小時39分24秒的“系統(tǒng)II”,；基于旅行者號飛越土星時發(fā)現(xiàn)的無線電波,，“系統(tǒng)III”的周期為10小時39分22.4秒；因為與系統(tǒng)II非常接近,，它可以很大程度上替代系統(tǒng)II,。

然而，精確的內(nèi)部周期仍然未能確定,?？ㄎ髂崽栐?004年接近土星時，發(fā)現(xiàn)無線電的周期又有可察覺的增加,，達(dá)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(rèn)為是由于無線電的來源在土星內(nèi)部不同的緯度上運動而改變了自轉(zhuǎn)周期,，而不是出自土星本身自轉(zhuǎn)周期上的變化,。

而后，在2007年,，無線電發(fā)射被發(fā)現(xiàn)沒有跟隨著行星一起旋轉(zhuǎn),，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(zhuǎn)之外的其他因素有關(guān),。有報道指出,，這種測量到的自轉(zhuǎn)周期的變化也許是由土星衛(wèi)星土衛(wèi)二上的噴泉活動造成的,。由這種活動而散布進(jìn)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(zhuǎn)速度相對于土星的自轉(zhuǎn)被稍稍降低,。還沒有方法可以直接測定土星核心的自轉(zhuǎn)速率。

在2007年9月的報告中,，根據(jù)各種測量結(jié)果（包括卡西尼號,、旅行者1號、2號和先驅(qū)者11號的報告）綜合而得的對土星自轉(zhuǎn)的最后估計值是10小時32分35秒,。根據(jù)卡西尼號探測器收集的數(shù)據(jù),，2019年估計10小時33分38秒。

物理特性

由于其低密度,、高速自轉(zhuǎn)和流體的可變性,，土星的外形呈現(xiàn)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,，后者108728千米）。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(yuǎn)高于水，但由于存在較厚的大氣層,，土星仍是太陽系中僅有的密度低于水的行星,，它的比重是0.69 g/cm3。土星的質(zhì)量是地球的95倍,，相較之下木星質(zhì)量是地球的318倍,，但木星的直徑大約僅為土星的1.21倍。木星和土星一起占據(jù)太陽系總行星質(zhì)量的92%,。

內(nèi)部構(gòu)造

土星被稱為氣態(tài)行星,，但它并不完全是氣態(tài)的。這顆行星主要包括氫氣,，在密度為0.01 g/cm3以上時氫氣變成了非理想液體,。此密度被達(dá)到在包含99.9％土星質(zhì)量的半徑。從行星內(nèi)部直到的核心的溫度,，壓力和密度全都是穩(wěn)步上升,，使在行星的更深層導(dǎo)致氫氣轉(zhuǎn)變成金屬。

雖然只有少量的直接資料,，但標(biāo)準(zhǔn)的行星模型表明,，土星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍被認(rèn)為與木星相似，即有一個被氫和氦包圍著的較小核心,。巖石核心的構(gòu)成與地球相似但密度更高,，估計核心的質(zhì)量大約是地球質(zhì)量的9–22倍,。在核心之外，有更厚的液態(tài)金屬氫層,，然后是數(shù)層的液態(tài)氫和氦層,，在最外層是厚達(dá)1000 千米的大氣層，也存在著各種型態(tài)冰的蹤跡,。

土星有非常熱的內(nèi)部,，核心的溫度高達(dá)11700 °C，并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(chǎn)生,，但這還不能充分解釋土星的熱能制造過程。額外的熱能可能由另一種機制產(chǎn)生：在土星內(nèi)部深處,，液態(tài)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(chǎn)生熱。

大氣組成

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。上層的云由氨的冰晶組成,，較低層的云則由硫化氫銨（NH?HS）或水組成,。相對于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,。對于比氦重的元素的含量,，如今所知不甚精確；但如果假設(shè)與太陽系形成時的原始豐盈度是相當(dāng)?shù)?，則可估算出這些元素的總質(zhì)量是地球質(zhì)量的19-31倍,，而且大部分都存在于土星的核心區(qū)域。

云層

土星的上層大氣與木星相似（在相同定義的前提下）,，同樣都有著顯而易見的條紋,；但土星的條紋比較幽暗，并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(gòu)成的層次，溫度大約是-23℃,。在這之后是硫化氫氨冰的層次,，延伸出另外的50千米，溫度大約在-93℃,，在這之上是80千米的氨冰云,，溫度大約是-153℃,。接近頂部，在云層之上200～270千米是可以看見的云層頂端,，由數(shù)層氫和氦構(gòu)成的大氣層,。土星的風(fēng)速是太陽系中最高的，旅行者號的數(shù)據(jù)顯示土星的東風(fēng)最高可達(dá)500m/s（1800千米/時）,。直到旅行者探測器飛越土星,，比較纖細(xì)的條紋才被觀測到。然而從那之后,，地基望遠(yuǎn)鏡也被改善到在通常情況下都能夠觀察到土星的這些細(xì)紋,。

土星的大氣層通常都很平靜，偶爾會出現(xiàn)一些持續(xù)較長時間的長圓形特征,，以及其他在木星上常常出現(xiàn)的特征,。1990年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在土星的赤道附近觀察到一朵極大的白云,，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云風(fēng)暴。1990年的白云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(dāng)土星北半球夏至的時候所發(fā)生的獨特但短期的現(xiàn)象。之前的大白斑分別出現(xiàn)于1876,、1903,、1933和1960年，并且以1933年的最為著名,。如果這個周期能夠持續(xù),，下一場大風(fēng)暴將在大約2020年發(fā)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(xiàn)與天王星相似的明亮藍(lán)色,。這種藍(lán)色非常可能是由瑞利散射造成的,，但因為當(dāng)時土星環(huán)遮蔽住了北半球,，因此從地球上無法看見這種藍(lán)色。天文學(xué)家通過分析紅外線影像發(fā)現(xiàn)土星有一個“溫暖”的極地漩渦,，這種特征在太陽系內(nèi)是僅有的,。天文學(xué)家認(rèn)為這個點是土星上溫度最高的點，土星上其他各處的溫度是-185 °C,，而該漩渦處的溫度則高達(dá)-122 °C,。  

極地風(fēng)暴

旅行者1號的影像中最先被注意到的是一個長期出現(xiàn)于北緯78°附近，圍繞著北極的六邊形漩渦。不同于北極,，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所拍攝到的南極區(qū)影像有明顯的“噴射氣流”,，但沒有強烈的極區(qū)漩渦，也沒有“六邊形的駐波”,。但是,，NASA報告卡西尼號在2006年11月觀測到一個位于南極像颶風(fēng)的風(fēng)暴，有著清晰的眼壁,。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云（包括伽利略號探測器在木星的大紅斑上都未能發(fā)現(xiàn)眼壁云）,。

在北極的六邊形結(jié)構(gòu)中每一邊的直線長度大約是13800千米,，整個結(jié)構(gòu)每10小時39分24秒自轉(zhuǎn)一周，與行星的無線電波輻射周期一樣,，這也被認(rèn)為是土星內(nèi)部的自轉(zhuǎn)周期,。這個六邊形結(jié)構(gòu)像大氣層中可見的其他云彩一樣，在經(jīng)度上沒有移動,。這個現(xiàn)象的規(guī)律性的起源仍在猜測之中,，多數(shù)的天文學(xué)家認(rèn)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(tài)的極光,。在實驗室的流體轉(zhuǎn)動桶內(nèi)已經(jīng)模擬出了多邊型結(jié)構(gòu),。

磁層

土星有一個簡單的具有對稱形狀的內(nèi)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；由于強度遠(yuǎn)比木星磁場微弱,，因此土星的磁層僅延伸至土衛(wèi)六軌道之外。磁層產(chǎn)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(fā)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(fēng)內(nèi)的帶電微粒影響而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。衛(wèi)星土衛(wèi)六的軌道位于土星磁層的外圍,，并且土衛(wèi)六的大氣層外層中的帶電粒子提供了等離子體,。

土星環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)一周接近30年，在公轉(zhuǎn)一次中僅出現(xiàn)兩次土星雙極光現(xiàn)象,。哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的這張圖像顯示土星每個極地同時出現(xiàn)閃亮的極光,。這一現(xiàn)象是由于太陽風(fēng)形成的。太陽風(fēng)是太陽噴射的亞原子帶電粒子流,，與土星大氣層的分子發(fā)生交互作用,。在地球上，極光是帶電粒子沿著地球磁場線進(jìn)入大氣層形成的奇特現(xiàn)象。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)該圖像中土星北極和南極極光之間存在細(xì)微的差別,，其中包含在北極光中的明亮橢圓形狀區(qū)域比南極光區(qū)域略小,，并且光線更強烈一些。這暗示著土星的磁場分布并不均勻,，由于北極磁場更強一些,，當(dāng)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。

土星環(huán)

1610年,，意大利天文學(xué)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(xué)者克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）證實這是離開本體的光環(huán),。當(dāng)時觀測到土星環(huán)有5個（1979年先驅(qū)者11號又探測到兩個新環(huán)）,。1675年意大利天文學(xué)家喬凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini），發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)中間有一條暗縫（后稱卡西尼縫）,，他還猜測光環(huán)是由無數(shù)小顆粒構(gòu)成,。兩個多世紀(jì)后的分光觀測證實了他的猜測，但在這二百年間,，土星環(huán)通常被看作是一個或幾個扁平的固體物質(zhì)盤,。直到1856年，英國物理學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）從理論上論證了土星環(huán)是無數(shù)個小衛(wèi)星在土星赤道面上繞土星旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)系統(tǒng),。

土星環(huán)位于土星的赤道面上,。在空間探測前，從地面觀測得知土星環(huán)有五個,，其中包括三個主環(huán)（A環(huán),、B環(huán)、C環(huán)）和兩個暗環(huán)（D環(huán),、E環(huán)）,。B環(huán)寬又亮，它的內(nèi)側(cè)是C環(huán),，外側(cè)是A環(huán),。A、B兩環(huán)之間為寬約4800千米的卡西尼縫,，是天文學(xué)家卡西尼在1675年發(fā)現(xiàn)的,，產(chǎn)生環(huán)縫的原因是因為光環(huán)中有衛(wèi)星運行，衛(wèi)星的引力造成的,。B環(huán)的內(nèi)半徑91500千米,，外半徑116500千米，寬度25000千米,，可以并排安放兩個地球,。A環(huán)的內(nèi)半徑121500千米,，外半徑137000千米，寬度15500千米,。C環(huán)很暗,，它從B環(huán)的內(nèi)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(huán)內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)了更暗的D環(huán),，它幾乎觸及土星表面。在A環(huán)外側(cè)還有一個E環(huán),，由非常稀疏的物質(zhì)碎片構(gòu)成,，延伸在五六個土星半徑以外。1979年9月先驅(qū)者11號探測到兩個新環(huán)——F環(huán)和G環(huán),。F環(huán)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(huán)的外側(cè),。G環(huán)離土星很遠(yuǎn)，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(qū)者11號還測定了A環(huán),、B環(huán)、C環(huán)和卡西尼縫的位置,、寬度,，其結(jié)果同地面觀測相差不大。先驅(qū)者11號的紫外輝光觀測發(fā)現(xiàn),，在土星的可見環(huán)周圍有巨大的氫云,，環(huán)本身是氫云的源。

除了A環(huán),、B環(huán),、C環(huán)以外的其他環(huán)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(xiàn)出南北方向的擺動，這就造成了土星環(huán)形狀的周期變化,。仔細(xì)觀測發(fā)現(xiàn),，土星環(huán)內(nèi)除卡西尼縫以外,，還有若干條縫,，它們是質(zhì)點密度較小的區(qū)域，但大多不完整且具有暫時性,。只有A環(huán)中的恩克縫為永久性,，不過，環(huán)縫也不完整?？茖W(xué)家認(rèn)為這些環(huán)縫都是土星衛(wèi)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?！跋闰?qū)者”11號在A環(huán)與F環(huán)之間發(fā)現(xiàn)一個新的環(huán)縫,，稱為“先驅(qū)者縫”，還測得恩克縫寬度為392千米,。由觀測闡明土星環(huán)的本質(zhì)要歸功于美國天文學(xué)家基勒,，他在1895年從土星環(huán)的反射光的多普勒頻移發(fā)現(xiàn)土星環(huán)不是固體盤，而是以獨立軌道繞土星旋轉(zhuǎn)的大群質(zhì)點,。土星環(huán)掩星并沒有把被掩的星光完全擋住,，這也說明土星環(huán)是由分離質(zhì)點構(gòu)成的。1972年從土星環(huán)反射的雷達(dá)回波得知環(huán)的質(zhì)點是直徑介于4到30厘米之間的冰塊,。

探測器傳回的土星照片讓科學(xué)家非常吃驚,，在近處所看到的土星環(huán)，竟然是一大片碎石塊和冰塊,，使人眼花繚亂,。它們的直徑從幾厘米到幾十厘米不等，只有少量的超過1米或者更大,，土星周圍的環(huán)平面內(nèi)有數(shù)百條到數(shù)千條大小不等,，形狀各異的環(huán)。大部分環(huán)是對稱地繞土星轉(zhuǎn)的,，也有不對稱的有完整的,、比較完整的、殘缺不全的,。環(huán)的形狀有鋸齒形的,，也有輻射狀的。令科學(xué)家迷惑不解的是,，有的環(huán)好像是由幾股細(xì)繩松散的搓成的粗繩一樣,，或者說像姑娘們的發(fā)辮那樣相互扭結(jié)在一起。輻射狀的環(huán)更是令科學(xué)家大開了眼界而又傷透了腦筋,，組成環(huán)的物質(zhì)就像車輪那樣,，步調(diào)整齊地繞著土星轉(zhuǎn)，要求那些離得越遠(yuǎn)的碎石塊和冰塊運動的速度越快,。這顯然違背了已經(jīng)掌握的物質(zhì)運動定律,。

美國國家航空航天局（NASA）的科學(xué)家于2009年10月8日發(fā)現(xiàn)土星周圍存在一個“隱形”的巨大光環(huán)，這個光環(huán)可以容納10億個地球,。NASA噴氣推進(jìn)實驗室稱,，該光環(huán)平面與土星主光環(huán)面成27度傾角,，該光環(huán)內(nèi)側(cè)距離土星約595萬千米，寬度約1190萬千米它的直徑相當(dāng)于300倍土星的直徑,?？扇菁{大約10億個地球。光環(huán)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(huán)上也看不清楚，另外土星照射到的太陽光線很少,，光環(huán)反射出的可見光更少,，令它難以被發(fā)現(xiàn)組成光環(huán)的塵埃溫度很低，僅有-193℃,，但卻散發(fā)出熱輻射,。NASA斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡正是捕捉到這些熱輻射，才發(fā)現(xiàn)了這個巨大的光環(huán),。土衛(wèi)九的軌道穿越該光環(huán),。科學(xué)家們認(rèn)為,，光環(huán)內(nèi)的冰和塵埃來自于土衛(wèi)六與彗星的碰撞,。光環(huán)的發(fā)現(xiàn)可能有助于解釋關(guān)于土衛(wèi)八的一個古老而神秘的問題。天文學(xué)家卡西尼1671年首次發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)八,，稱這個星球一面黑一面白,，就像太極符號一樣。新發(fā)現(xiàn)的光環(huán)旋轉(zhuǎn)軌道與土衛(wèi)八相反,?？茖W(xué)家們推測，光環(huán)內(nèi)的塵埃飛濺到土衛(wèi)八表面上,，形成了黑色區(qū)域,。“長久以來,，航天學(xué)者一直認(rèn)為土衛(wèi)九與土衛(wèi)八表面之上的黑色物質(zhì)之間存在某種聯(lián)系,，新發(fā)現(xiàn)的光環(huán)為此提供了令人信服的證據(jù)?！毙鹿猸h(huán)的發(fā)現(xiàn)者之一,、馬里蘭大學(xué)專家道格拉斯·漢密爾頓說。

衛(wèi)星

土星有為數(shù)眾多的衛(wèi)星,。精確的數(shù)量尚不能確定,，所有在環(huán)上的大冰塊理論上來說都是衛(wèi)星，而且要區(qū)分出是環(huán)上的大顆粒還是小衛(wèi)星是很困難的,。到2009年已經(jīng)確認(rèn)的衛(wèi)星有62顆,，到2019年已經(jīng)確認(rèn)的衛(wèi)星有82顆，其中53顆已經(jīng)有了正式的名稱,，29顆仍然未被命名,。還另外3顆衛(wèi)星可能是環(huán)上塵埃的聚集體而未能確認(rèn)。此外,，有證據(jù)表明,，土星環(huán)中有數(shù)十至數(shù)百個直徑為40-500米的小衛(wèi)星， 不被認(rèn)為是真正的衛(wèi)星,。從理論上來說,，所有在環(huán)上的大冰塊都是衛(wèi)星，但要區(qū)分出是環(huán)上的大冰塊還是小衛(wèi)星是很困難的,。許多衛(wèi)星都非常的小,，34顆的直徑小于10千米，另外13顆的直徑小于50千米,，只有7顆有足夠的質(zhì)量能夠以自身的重力達(dá)到流體靜力平衡,。

土星有一個顯著的環(huán)系統(tǒng)，主要的成分是冰的微粒和較少數(shù)的巖石殘骸以及塵土已經(jīng)確認(rèn)的土星的衛(wèi)星有62顆,，其中9個是1900年以前發(fā)現(xiàn)的,。土衛(wèi)六是土星系統(tǒng)中最大和太陽系中第二大的衛(wèi)星（半徑2575千米）（太陽系最大的衛(wèi)星是木星的木衛(wèi)三半徑2634千米），比行星中的水星還要大,；而且土衛(wèi)六是太陽系僅有的擁有明顯大氣層的衛(wèi)星,。最先發(fā)現(xiàn)的前九顆衛(wèi)星按距離土星由近到遠(yuǎn)排列為：土衛(wèi)一、土衛(wèi)二,、土衛(wèi)三,、土衛(wèi)四、土衛(wèi)五,、土衛(wèi)六,、土衛(wèi)七、土衛(wèi)八,、土衛(wèi)九,。但土衛(wèi)十比土衛(wèi)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。這些衛(wèi)星在土星赤道平面附近以近圓軌道繞土星轉(zhuǎn)動,。

1980年,，當(dāng)旅行者號探測器飛過土星時，在原有的九顆衛(wèi)星（土衛(wèi)一到土衛(wèi)九）基礎(chǔ)上,，又發(fā)現(xiàn)了八顆新的衛(wèi)星,。但是很難說土星究竟有多少衛(wèi)星,。一些組成土星光環(huán)的較大的粒子實際上也許就是小衛(wèi)星。土星在太陽系中擁有的衛(wèi)星最多,。跟木星衛(wèi)星不一樣,，土星衛(wèi)星不能簡單地以成分和密度歸類劃分?！奥眯姓咛枴彼l(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星顯示出復(fù)雜多樣的特征,。

土星部分衛(wèi)星

天文學(xué)家從旅行者號探測器發(fā)回的資料發(fā)現(xiàn)，除土衛(wèi)六外,，土星的其他衛(wèi)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,。土衛(wèi)一表面上有一個直徑達(dá)128千米的赫歇爾隕石坑,；土衛(wèi)二有著荒涼的平原、隕石坑和斷皺的山脊,，它的不同區(qū)域代表著不同的歷史時期,；土衛(wèi)三上有一個又深又寬，長約800千米的裂谷,；土衛(wèi)四表面有稀疏而明亮的條紋,，它們都環(huán)繞著隕石坑。

2019年10月,，國際天文聯(lián)合會小行星中心宣布,，研究人員在土星周圍新發(fā)現(xiàn)20顆衛(wèi)星。這20顆新發(fā)現(xiàn)的土星衛(wèi)星每顆直徑僅約5千米,，其中17顆是逆行衛(wèi)星,，即繞土星運轉(zhuǎn)方向與土星自轉(zhuǎn)方向相反；另3顆為順行衛(wèi)星,。它們都屬于距土星較遠(yuǎn)的外層衛(wèi)星,，其中一顆逆行衛(wèi)星是迄今已知距土星最遠(yuǎn)的衛(wèi)星。依照軌道傾角的不同,，土星的外層衛(wèi)星被劃分為諾爾斯群,、高盧群和因紐特群。新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星中,，有兩顆順行衛(wèi)星被歸入因紐特群,，研究人員認(rèn)為這兩顆衛(wèi)星與該群其他成員一樣，都是由一顆大衛(wèi)星在遙遠(yuǎn)的過去分裂而成,。17顆逆行衛(wèi)星被劃入諾爾斯群,，它們可能也曾同屬于一顆更大的衛(wèi)星。還有一顆順行衛(wèi)星軌道傾角與高盧群衛(wèi)星相似，但其軌道半徑比包括高盧群成員在內(nèi)的其他順行衛(wèi)星都大得多,。

觀測與探測

古代觀測

在史前時代就已經(jīng)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(yuǎn)的一顆,，并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(nóng)神，從這顆行星所采用的名字,，它是農(nóng)業(yè)和收獲的神祇。羅馬人認(rèn)為他與希臘神克洛諾斯,，希臘人認(rèn)為最外層的行星是神圣的克洛諾斯,，而羅馬人也承襲這個傳統(tǒng)。

在印度占星學(xué),，有9個占星用的天體,，像是著名的納瓦格拉哈歷（Navagraha，梵文：??????）,，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(jù)中國的五行之說選定這顆行星是土星,，是在傳統(tǒng)上用于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于身心的,；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???轉(zhuǎn)化過來的，

使用口徑1.5厘米的望遠(yuǎn)鏡就能看見土星環(huán),，但直到1610年伽利略·伽利雷（Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei）用望遠(yuǎn)鏡看了才知道它的存在,。他雖然起初認(rèn)為是在土星兩側(cè)的衛(wèi)星，直到克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）使用倍數(shù)更高的望遠(yuǎn)鏡才看清楚并認(rèn)為是環(huán),?；莞挂舶l(fā)現(xiàn)了土星的衛(wèi)星土衛(wèi)六。不久之后,，卡西尼發(fā)現(xiàn)了另外4顆衛(wèi)星：土衛(wèi)八,、土衛(wèi)五、土衛(wèi)三和土衛(wèi)四。在1675年,，喬凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）發(fā)現(xiàn)了著名的卡西尼縫,。之后一段時間都沒有進(jìn)一步的有意義發(fā)現(xiàn)，直到1789年威廉·赫歇爾（Willim Herschel）才再發(fā)現(xiàn)兩顆衛(wèi)星：土衛(wèi)一和土衛(wèi)二,。形狀不規(guī)則的土衛(wèi)七和土衛(wèi)六有著共振,，是在1848年被威廉·拉塞爾（William Lassell）發(fā)現(xiàn)的。在1899年,，威廉·亨利·皮克林（William Henry Pickering）發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)九,，一顆極度不規(guī)則衛(wèi)星，它沒有如同更大衛(wèi)星般的同步轉(zhuǎn)動,。土衛(wèi)九是第一顆被發(fā)現(xiàn)的這種衛(wèi)星,，它以周期超過一年的逆行軌道繞著土星公轉(zhuǎn)。在20世紀(jì)初期,，對土衛(wèi)六的研究在1944年確認(rèn)它有濃厚的大氣層——這是在太陽系的衛(wèi)星中很獨特的特征,。

現(xiàn)代觀測

說到太陽系里的八大行星，大多數(shù)人的腦海里,，第一個浮現(xiàn)的行星或許就是土星了,。無可否認(rèn)，土星的顯著光環(huán)是八大行星里僅有,，使用一般的天文望遠(yuǎn)鏡就能輕易看見了,，其他行星的光環(huán)，猶如小巫見大巫,，相比土星光環(huán)十分不起眼,。土星最吸引人的地方，莫過于那漂亮的光環(huán),，猶如天使頭上的光環(huán)那樣,，耀眼奪目。有天文望遠(yuǎn)鏡的讀者們,，無論你的望遠(yuǎn)鏡大或小,，依然可見其光環(huán)。如果天氣好的話,，不妨把望遠(yuǎn)鏡拿出來觀測下土星,，2013年的土星環(huán)傾斜角度，個人覺得是恰到好處的,，整個土星看起來就很漂亮（個人喜好而已）,。在接下來的4年里，土星環(huán)的傾斜角度會繼續(xù)增加,，直到2017年,，土星環(huán)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(yuǎn)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(huán)境下也能用肉眼看見）,，并且直到1781年發(fā)現(xiàn)天王星之前,，是早期的天文學(xué)家所知道的最后一顆行星。以肉眼在夜晚看見的土星是一顆明亮的,，發(fā)出淡黃色光芒的光點,，光度通常在 1至0等之間，以29?年的周期在黃道上以黃道帶的眾星作為背景,，繞行天球一周,。多數(shù)人借助于光學(xué)儀器（大的雙筒鏡或望遠(yuǎn)鏡）的協(xié)助，以20倍以上的倍數(shù),，就能清楚的看見土星環(huán),。土星是外行星,，在合日（視覺上接近太陽）前后兩個月以外,，其他時間也適合觀測。而跟外行星的性質(zhì)一樣當(dāng)沖日時是觀測土星最好時候,，因為土星沖日時,，土星最亮（約0等）之余視直徑（角直徑）也最大而且沖日前后整夜可見。通過三英寸口徑（物鏡直徑）或以上的望遠(yuǎn)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(huán),，在大氣穩(wěn)定時（放大100倍以上）還能看到卡西尼環(huán)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(biāo),。在接近沖（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）的前后時段是觀賞土星和土星環(huán)的最佳時段,。土星在2002年12月17日沖日的時亮度最大,，因為土星環(huán)以最有利的角度朝向地球。

先驅(qū)者11號探測

為了探測太陽系外圍空間的物理情況,，1973年4月先驅(qū)者11號發(fā)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(qū)者11號發(fā)現(xiàn)土星有一個由電離氫構(gòu)成的廣延電離層,，其高層溫度約為977℃。觀測結(jié)果表明,，土星極區(qū)有極光,。先驅(qū)者11號飛船于1979年8月、9月在距土星128萬千米處發(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)軸吻合，磁心偏離土星核心22.5千米,。磁場范圍比地球的磁場范圍大上千倍,，但比木星磁場小，也沒有木星磁場復(fù)雜,。

旅行者1號和2號探測

旅行者1號,、2號在考察完木星后，繼續(xù)駛向土星,，對土星進(jìn)行考察,。完成考察土星的任務(wù)后，旅行者2號又繼續(xù)飛向天王星和海王星,，對它們進(jìn)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(xué)天文臺的科學(xué)家們在研究“旅行者”2號發(fā)回的土星照片時,，發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象：在土星的北極上空有個六角形的云團。這個云團以北極點為中心,，并按照土星自轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn),。土星北極的六角形云團并不是旅行者2號直接拍到，因為“旅行者”2號并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(xué)家們把那些照片合成以后,，才看清了土星北極上空的全貌,，也才發(fā)現(xiàn)了那個六角形云團。土星北極上空六角形云團的出現(xiàn),，促使科學(xué)家們不得不重新認(rèn)識土星,，NASA推測其成因與土星的氣候有關(guān)。

卡西尼號探測

卡西尼號是卡西尼—惠更斯號的一個組成部分,?？ㄎ髂帷莞固柺敲绹鴩液娇蘸教炀帧W洲航天局和意大利航天局的一個合作項目,，主要任務(wù)是對土星系進(jìn)行空間探測,?？ㄎ髂崽柼綔y器以意大利出生的法國天文學(xué)家卡西尼的名字命名，其任務(wù)是環(huán)繞土星飛行,，對土星及其大氣,、光環(huán)、衛(wèi)星和磁場進(jìn)行深入考察,，

卡西尼號太空探測器在經(jīng)過6年8個月,、35億千米的漫長太空旅行之后，已于北京時間2004年7月1日12時12分按計劃順利進(jìn)入環(huán)繞土星轉(zhuǎn)動的軌道,，開始計劃對土星大氣,、光環(huán)和衛(wèi)星進(jìn)行歷時4年的科學(xué)考察（實際上持續(xù)了13年之久）。將近距離地縱覽土星全貌,，對土星和它眾多的衛(wèi)星進(jìn)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(yuǎn)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,，它對土衛(wèi)九進(jìn)行了探測,，拍攝了這顆衛(wèi)星極其清晰的照片,。土衛(wèi)九是土星距離最遠(yuǎn)的一顆衛(wèi)星,，半徑110千米，科學(xué)家猜想它是被土星俘獲的一顆小行星,?！翱ㄎ髂崽枴痹陔x開它2000千米處經(jīng)過對它的質(zhì)量和密度進(jìn)行了測量，

2005年2月17日,，卡西尼號在離開土衛(wèi)二1179千米處經(jīng)過,，而同年3月9日，距離更近到499千米,。土衛(wèi)二半徑250千米表面非常明亮,，幾乎能反射百分之百的陽光?？茖W(xué)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(huán)和大氣進(jìn)行測量,，進(jìn)一步探測光環(huán)結(jié)構(gòu)、組成光環(huán)的物質(zhì)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衛(wèi)四、土衛(wèi)五,、土衛(wèi)七和土衛(wèi)三,，分別對它們進(jìn)行觀測。土衛(wèi)四半徑560千米土衛(wèi)五半徑870千米,，它們的外表很像我們的月亮,，密布環(huán)形山。土衛(wèi)七位于土衛(wèi)六與土衛(wèi)八之間形狀不規(guī)則最長處直徑175千米,，很像一顆小行星,。土衛(wèi)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(tǒng)地監(jiān)視和拍攝土星,、土星光環(huán),、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,，并在9月10日到離開土衛(wèi)八約1000千米處對土衛(wèi)八進(jìn)行觀測,。土衛(wèi)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(jìn)一步增大軌道與土星赤道平面的夾角,，最后達(dá)到75.6度這樣卡西尼號就能更好地觀測土星的光環(huán),，測量遠(yuǎn)離土星赤道平面處的磁場和粒子、監(jiān)視土星的兩極地區(qū)和觀測土星極光現(xiàn)象,。其間,，在2007年12月3日和2008年3月12日，兩次接近土衛(wèi)十一,，分別在離開土衛(wèi)十一6190千米和995千米處對這顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測,。2017年9月15日，已經(jīng)在太空工作20年的卡西尼號探測器在受控情況下,，于土星大氣層中墜毀,。

未來探測計劃

將于2026年發(fā)射蜻蜓號（Dragonfly）著陸器前往土星最大衛(wèi)星——土衛(wèi)六（Titan）。蜻蜓號將對土衛(wèi)六進(jìn)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(wǎng)聲明中稱,，蜻蜓號是一架雙四軸無人飛行器，擬于2026年年發(fā)射,，2034年抵達(dá)土衛(wèi)六,。蜻蜓號將探索土衛(wèi)六這個冰冷世界的幾十個地點，采樣和測量土衛(wèi)六表面有機物質(zhì)的組成,，以表征土衛(wèi)六環(huán)境的可居住性,，并調(diào)查生命起源化學(xué)的進(jìn)展。這也將是NASA首次在另一個星球使用多旋翼飛行器進(jìn)行科學(xué)研究,。

世界紀(jì)錄

土星是密度最小的行星,，擁有最多的衛(wèi)星，發(fā)生過最高的風(fēng)眼墻,、持續(xù)時間最長的閃電暴,。土星周圍寬闊的環(huán)系也是太陽系中最大的環(huán)系。（吉尼斯世界紀(jì)錄）