美丽的行星
土星是太阳系中最美丽的行星。
它的体积和质量仅次于木星，也属于巨行星。土星在冲日时的视星等为-0.4等，亮度可与天空中最亮的恒星相比。我国古代把土星称为“镇星”；西方人叫它“萨图恩”，这是罗马神话中农神的名字，并把镰刀作为土星的天文符号。在望远镜中，它那淡黄色的、橘子形状的星体上漂浮着明暗相间的云带，腰间缠绕着一道绚丽多彩的光环，极区呈浅蓝色，妩媚动人。土星和其他行星一样，也围绕太阳在椭圆轨道上运动。土星绕太阳公转的轨道半径约为9.54天文距离单位（约14亿公里）轨道的偏心率为0.056，轨道面与黄道面交角为2°5′，绕太阳公转一周约29.5年，公转平均速度约为9.6公里／秒。土星的自转很快，仅次于木星，其自转角速随纬度而不同，在赤道上自转周期为10小时14分，在纬度60°处为10小时40分。由于快速自转，使得它的形状变扁，是太阳系行星中形状最扁的一个。土星表面也有沿赤道伸展的条纹带，表面为云层所覆盖。
用天文望远镜观察土星，看到的是一个带光环的天体。土星的赤道半径约为6万公里，其赤道半径与极半径相差5000多公里。体积为地球的740倍，质量为地球的95倍。在太阳系的行星中，土星的质量和大小仅次于木星。平均密度是0.7克／厘米3，比水的密度还要小。由于土星的密度太小，其表面重力加速度和地球差不多（为地球的1.07倍）。在土星上，物体要有37公里／秒的速度才能脱离土星，比地球表面的脱离速度大得多，因此土星能把大量的大气束缚住。
土星有稠密的大气，其大气的主要成分是氢和氦，还有甲烷、氨等。通过天文望远镜，我们可以看到土星表面也有一些明暗交替的带纹平行于它的赤道面，带纹有时也会出现亮斑、暗斑或白斑。白斑的出现不很稳定，最著名的白斑于1933年8月被英国天文爱好者W.T.海用小型天文望远镜发现。此白斑位于土星赤道区，呈蛋形，长度达土星直径的1／5。以后这块白斑逐渐扩大，几乎蔓延到土星的整个赤道带。
土星有一个光环。它是伽利略于1610年用望远镜发现的。当时伽利略把土星光环误认为是土星左右两侧长出的“耳朵”。在长期的观测中发现，环带中间由两条暗缝分隔成三个环。靠外的A环与靠内的B环之间被一条称为卡西尼的缝（它是1675年由法国天文学家卡西尼发现的）隔开；C环靠近土星本体，但较暗弱。1966年和1969年，天文学家用光电测光方法又发现C环内有一层更暗的D环；A环外又有一层E环，环缝分别命名为“恩克缝”和“法兰西缝”。A、B、C环为主环，A环宽度为14400公里，B环为25800公里，C环为20800公里，D环几乎触及土星表面，E环延伸到5～6个土星半径以外。
由于土星的自转轴相对于公转轨道有一个26.7°的倾角，因而从地球上看去，有时它的北极斜对着我们而看不到南极，有时则是南极斜对着我们，每29.5年周而复始。每当光环的边缘与我们的视线趋向一致时，光环越来越变得像一条线；当它与视向完全重合的一段短时间内，光环竟消失不见。这一现象说明，土星的光环虽然很宽，但很薄。
为了探测太阳系外围空间的物理情况，1973年4月“先驱者11号”上天，1979年9月1日飞临土星，成为第一个就近探测土星的人造天体。“旅行者1号”、“旅行者2号”在考察完木星后，继续驶向土星，对土星进行考察。完成考察土星的任务后，“旅行者2号”又继续飞向天王星和海王星，对它们进行考察。这些“一身多任”的宇宙飞船，为我们带来了土星的新消息。
“先驱者11号”飞船于1979年8月、9月在距土星128万公里处发现，土星磁场十分特殊，磁场图很像一条大鲸鱼，其头部圆钝，两边伸出扁形翅，还有粗壮的尾巴。土星磁场的磁轴与其自转轴吻合，磁心偏离土星核心22.5公里。磁场范围比地球的磁场范围大上千倍，但比木星磁场小，也没有木星磁场复杂。
“先驱者11号”同时还发现，土星有一个辐射带，其强度小于地球的辐射带。它是由土星磁场俘获的带电粒子组成的。宇宙飞船在6万公里之外接收到了土星发射的无线电波，表明土星有较强的电磁辐射。据测定，土星辐射的能量是它接收到太阳能量的2.5倍，表明土星与木星一样有内在能源。“先驱者11号”于1979年9月探测到土星的一个新环——F环和一个环缝，此环缝后来被命名为“先驱者环缝”。F环宽度不到800公里，距土星中心为2.33个土星半径处，正好在A环外侧；先驱者缝位于A环与F环之间，宽度约3600公里。1980年“旅行者1号”发现了G环，G环分布在离土星中心约10～15个土星半径之间的广阔地带。
“旅行者1号”和“旅行者2号”飞船在飞越土星时发现，土星环的环数远不止7个，而是成千上万个，均分布在土星环的平面内。飞船发回的照片显示出，土星环中有环，令人眼花缭乱。乍看起来，这些光环很像一张密纹唱片上的纹路，仔细观察，原来土星环具有更精细的结构：大多数光环是光滑匀称的，但也有些是锯齿形的，有的呈辐射状，还有的像发辫一样互相扭结。A、B、C环是由几百乃至上千条细环构成；卡西尼缝中并不空，至少有20条细环；恩克缝中也有2条呈纽结状的细环。此外，还发现了几十个新环缝；F环至少由3条细环所构成，其中2条亮环像发辫那样相互绞缠，另一条暗黑且宽；F环上有团块和纽结。“旅行者号”飞船观测还表明：土星环是由大小不等的碎块和颗粒组成，A、B、C环中最大的碎块约为10米，更多碎块的大小在10厘米左右；F环大部分则是由微米量级的粒子所构成。土星光环很宽，也很薄，整个光环宽约20万公里，而其最大厚度则不超过150米。
土星有一层厚而浓密的大气层，大气的结构很像木星，以氢、氦等为主，只是氢比木星少些。宇宙飞船拍摄的照片显示出，土星呈淡黄色，北极区呈浅蓝色。大气中翻腾着由稠密的氨晶体组成的云，云上呈现一些斑点、晕圈、丝条和漩涡状动态结构，还有彩色的亮带和暗纹。土星也有一个大红斑，但比木星大红斑要小得多。土星的大红斑是一个长8000公里、宽6000公里的卵形区，呈橘红色，估计是由一次飓风所致。此外，在土星表面上还发现灰暗的卵形区，可能是土星大气流上升后又下降进入云层时引起扰动和旋转形成的。和木星风一样，土星风也是东西向的，但比木星风大，最大风速为500米／秒。
土星的表面温度为-140℃，支顶温度为-180℃，比木星低50℃。土星有一个直径为2万公里的岩石核心，核心外面就是土星大气。土星的光环是围绕土星运行的物质环。用天文望远镜观看星星时，除月球外，最妩媚动人的莫过于土星光环了。土星美，美在光环。明亮的光环，就像一条精致的金项链，佩在土星身上。
最早发现土星光环的人是伽利略。
伽利略在1610年用自制的望远镜观察土星时，发现土星的两边有奇妙的半月形光影。当时伽利略把它们称为土星的“耳朵”，误认为土星可能是由一大二小的天体组成，怀疑这耳朵是土星两侧的两颗卫星。但是，他一直不敢将自己的观察结果发表，其原因是他发现土星“卫星”并没有绕土星公转，似乎永远停留不动。而更令他惊奇的是二年后那两颗“卫星”竟然失踪，三年后又重新出现。是什么原因呢？伽利略直到去世也没弄明白土星“卫星”为什么永不转动。他无论如何也不会想到，自己竟是世界上第一个见到土星光环的人。
在以后的年代里，许多观测者都描绘了自己所见的土星，它具有非常奇怪的现象。但没有人能说清楚它的形象为什么那样变化多端。半个世纪以后，荷兰天文学家惠更斯用更大更好的望远镜进行观测，才揭开了这个谜。原来那两颗“卫星”是与土星不相连接、环绕在土星赤道面上的光环。这光环由无数个形状、大小不等，直径在7.6厘米至9米之间的冰块组成，以很快的速度浩浩荡荡地围绕土星运转，在太阳光的照耀下呈现出各种颜色。光环的直径达27万千米，厚度为10千米左右，由东向西自转。到1675年，意大利天文学家卡西尼（G.D.Gassini）在土星光环中发现有一圈空隙。他所发现的这个空隙，就是以他的姓命名的著名的卡西尼环缝。
地面观测发现土星光环厚约3公里，宽达20多万公里，可分成7个环，最亮的环宽约2.6万公里；环与环之间有1条缝隙，最大的缝隙约5000公里。1980年11月，“旅行者1号”探测器拜访土星时，发现土星光环不止7环，而是由成千上万细小的环构成的，这些细环就像一张巨大的密纹唱片上的波纹，从土星云顶一直延伸到32万公里的地方。这些光环是由无数颗大小不等的石块和冰块组成，大多数的直径在4～30厘米之间。如若将这些石块和冰块聚合在一起，可构成月球那样大小的天体，可见，土星光环绝非等闲之物。土星光环不是随时可见的，光环侧对着地球时能够看到光环；光环平对着地球时，哪怕用最大的天文望远镜也无法看到它的“尊容”，如1995年和2009年就无法看到。
土星环的结构是17～19世纪陆续被发现的。到20世纪80年代初，至少有3个探测器先后对土星做了“走马观花”式的观测，最大的发现是土星环的结构极为复杂。
原来，人们根据地面观测和空间探测，把土星环划分为7层。距土星最近的是D环，亮度最暗，其次是C环，透明度最高，B环最亮，最后是A环。在A环和B环之间有段黑缝，这就是著名的卡西尼环缝，缝的宽度大约5000千米。在A环之外有E、F、G三个环，最外层的是E环，十分稀薄和宽广。“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器把土星环的近距离照片送回地球后，科学家们非常吃惊：原来每一个小环又可细分成上千条大大小小的小环，即使被认为空无一物的卡西尼缝也存在几条小环。在高分辨率的照片中可以见到F环有5条小环相互缠绕在一起。土星环的整体形状就类似一个巨大的密纹唱片，从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。
光环的颜色远看是红棕色，其实每层环的颜色都稍有不同，C环是蓝色，B环内层为橙色，外层为绿色，A环为紫色，卡西尼缝是蓝色。
“旅行者号”探测器展示给我们的是土星光环的新结构，有些问题较难解释。
土星家族