被美麗的光環(huán)所圍繞的土星，是太陽系中最美麗的星球。它是在l6世紀初期被發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時的意大利天文學(xué)家伽利略觀測到在土星的球狀本體旁有奇怪的附屬物，這時還沒有斷定這些附屬物的光環(huán)。大約過了半個世紀，才被荷蘭學(xué)者惠更斯認出這是離開土星本體的光環(huán)。而在l675年，意大利天文學(xué)家卡西尼發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)中間有一條暗縫，后稱卡西尼環(huán)縫。與此同時，他還猜測光環(huán)是由無數(shù)小顆粒構(gòu)成，經(jīng)過了兩個多世紀的分光觀測才證實了他的猜測。但在這二百年間，土星一直被看作一最低點或幾個扁平的固體物質(zhì)盤。直到l856年，英國物理學(xué)家麥克斯韋從理論上論證了這些推測和看法，這時人們才知道圍繞著土星的環(huán)是由無數(shù)個小衛(wèi)星形成的。

土星環(huán)在土星的赤道面上，在進行空間探測以前，人們就從地面觀測中得知了土星環(huán)有五個，它包括三個主環(huán)(A、B、C環(huán))和兩個暗環(huán)(D、E環(huán))。B環(huán)既寬又亮，它的內(nèi)側(cè)是C環(huán)，外側(cè)是A環(huán)。A環(huán)和B環(huán)之間是寬約5000千米的卡西尼縫，它是天文學(xué)家卡西尼在l675年發(fā)現(xiàn)的。B環(huán)的內(nèi)半徑為9l500千米，外半徑為l l6500千米，寬度是25000千米，兩個地球都可以并排放在這樣大的面積里。

土星

而A環(huán)的內(nèi)半徑l2l500千米，外半徑l37000千米，寬度l5500千米。C環(huán)較暗淡，它從B環(huán)的內(nèi)邊緣一直延伸到離土星表面只有l(wèi)2000千米處，寬度約l9000千米。在l969年，又發(fā)現(xiàn)了更暗的D環(huán)，它在C環(huán)的內(nèi)側(cè)，幾乎觸及土星表面。而在A環(huán)外側(cè)還有一個E環(huán)，是由非常稀疏的物質(zhì)碎片構(gòu)成，延伸在五六個土星半徑以外。在l979年9月，“先驅(qū)者”l l號又探測到了兩個新環(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，大約在離土星中心l0～l5個土星半徑間的廣闊地帶。“先驅(qū)者”l l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。另外，“先驅(qū)者”l l號通過紫外輝光觀測發(fā)現(xiàn)，這些可見環(huán)就是土星巨大氫云的來源。

在土星的七環(huán)里，除了A環(huán)、B環(huán)、C環(huán)很亮外，其他環(huán)都是非常暗淡的。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。經(jīng)仔細觀測人們發(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)中的恩克縫是永久性的，不過，環(huán)縫也不夠完整。這些環(huán)縫的形成，科學(xué)家認為是由土星衛(wèi)星的引力共振而造成的，就像木星小行星所帶的柯克伍德縫一樣是由巨大引力攝動造成。

之后“先驅(qū)者”11號還在A環(huán)與F環(huán)之間發(fā)現(xiàn)一個新的環(huán)縫，我們稱它為“先驅(qū)者縫”，另外還測得了恩克縫的寬度為876千米。由觀測闡明土星環(huán)的本質(zhì)，是美國天文學(xué)家基勒的功勞，他在l895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。l972年從土星環(huán)反射的雷達回波得知，環(huán)的質(zhì)點是直徑介于4到30厘米之間的冰塊。這樣的發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家們非常吃驚，因為從近處所看到土星環(huán)竟然都是碎石頭和冰塊。它們的直徑多為幾厘米到幾十厘米不等，只有少量的超過l米或者更大。而且在環(huán)的平面內(nèi)有百條到數(shù)千條的環(huán)，大小不一，形狀各異，大部分環(huán)都是對稱地繞土星轉(zhuǎn)，當(dāng)然也有不對稱的。

另外，科學(xué)家們從圖片上發(fā)現(xiàn)，土星的環(huán)的形狀有鋸齒形的、有輻射狀的。令科學(xué)家迷惑不解的是有的環(huán)就像幾股細繩扭結(jié)到一起。而輻射狀的更令科學(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)，這樣豈不要求那些離得越遠的碎石塊和冰塊運動的速度越快嗎？這顯然違背了目前已經(jīng)掌握的物質(zhì)運動定律。至于是什么規(guī)律在起作用還有待探索。

在近期，美國航空航天局的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土星周圍還存在著一個“隱形”的巨大光環(huán)，它的面積可容納l0億個地球。NASA(美國國家航空航天局)噴氣推土星新發(fā)現(xiàn)光環(huán)進實驗室稱，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l l90萬千米。它的直徑相當(dāng)于300倍土星的直徑?？扇菁{l0億個地球。這個新發(fā)現(xiàn)的光環(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，達零下l93℃，但卻散發(fā)出熱輻射。NASA斯皮策太空望遠鏡正是捕捉到了這些熱輻射，才發(fā)現(xiàn)了這個巨大的光環(huán)。

土星衛(wèi)星“菲比”的軌道穿越這個巨大的光環(huán)?？茖W(xué)家們認為，是菲比與彗星的碰撞產(chǎn)生了光環(huán)內(nèi)的冰和塵埃。光環(huán)的發(fā)現(xiàn)可能有助于解釋關(guān)于土星另一衛(wèi)星土衛(wèi)八一個古老而神秘的問題。在l67l年，天文學(xué)家卡西尼首次發(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，而新發(fā)現(xiàn)的光環(huán)旋轉(zhuǎn)軌道與土衛(wèi)八剛好相反。于是科學(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。發(fā)現(xiàn)新光環(huán)之一的道格拉斯·漢密爾頓說:“長久以來，航天學(xué)者一直認為菲比與土衛(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)?！?/p>

土星與木星相似的地方是它的內(nèi)部也有一個巖石所構(gòu)成的核心。土星核的外面是5000千米厚的冰層和8000千米的金屬氫組成的殼層，最外面被色彩斑斕的云帶包圍著。土星的大氣運動比較平靜，表面溫度很低，約為零下l40攝氏度。土星以平均每秒9.64千米的速度斜著身子繞太陽公轉(zhuǎn)，其軌道半徑約為l4億千米。它的公轉(zhuǎn)速度較慢，繞太陽一周需29.5年，但它的自轉(zhuǎn)卻很快，土星自轉(zhuǎn)一周只需要l0小時l4分鐘。