土星（Saturn）是太阳系第六颗行星，距离太阳约 9.58 AU（天文单位），是太阳系中体积第二大、质量第二大的行星（仅次于木星）。土星以其壮观的环系统闻名于世，拥有太阳系最多的 146 颗已知卫星，也是人类自古以来就观测到的五颗行星之一（肉眼可见）。由于平均密度仅 0.687 g/cm 3 0.687 g/cm 3 1.0 g/cm 3 1.0 g/cm 3
参数
数值
与地球对比
质量
5.683 × 10 26 kg 5.683 × 1 0 26 kg 地球的 95.2 倍
赤道半径
60268 km 60268 km 地球的 9.45 倍
极半径
54364 km 54364 km 0.098 0.098 地球的 8.55 倍
表面积
4.27 × 10 10 km 2 4.27 × 1 0 10 km 2 地球的 83.7 倍
体积
8.27 × 10 14 km 3 8.27 × 1 0 14 km 3 地球的 763.5 倍
自转周期（赤道）
10h 13m 59s
地球的 0.426 倍
自转周期（内部）
10h 33m 38s（系统 III）
—
公转周期
29.46 地球年（10759 天）
—
轨道半长轴
1.43 × 10 9 km 1.43 × 1 0 9 km —
轨道偏心率
0.0565 0.0565 地球 0.0167
轨道倾角
2.49 ∘ 2.4 9 ∘ —
转轴倾角
26.73 ∘ 26.7 3 ∘ 地球 23.44 ∘ 23.4 4 ∘
表面重力（赤道）
10.44 m/s 2 10.44 m/s 2 地球的 1.065 倍
逃逸速度
35.5 km/s 35.5 km/s 地球的 3.17 倍
表面温度（云顶）
约 − 139 ∘ C − 13 9 ∘ C 134 K 134 K
—
反照率（几何）
0.47 0.47 地球 0.367
视星等
+0.2 至 -0.6 等
—
土星是太阳系中最扁的行星。其赤道半径（60268 km 60268 km 54364 km 54364 km 扁率 （flattening）定义为：
f = R e − R p R e = 60268 − 54364 60268 ≈ 0.098 f = R e R e − R p = 60268 60268 − 54364 ≈ 0.098
相比之下，地球的扁率仅为 0.0034 0.0034
极快的自转 ：赤道自转周期仅 10.2 10.2 极低的平均密度 ：物质松散，更容易被离心力拉伸
数值计算示例 ：土星赤道处的向心加速度为：
a c = ω 2 R e = ( 2 π 10.5 × 3600 ) 2 × 6.027 × 10 7 ≈ 1.67 m/s 2 a c = ω 2 R e = ( 10.5 × 3600 2 π ) 2 × 6.027 × 1 0 7 ≈ 1.67 m/s 2
对比向心加速度与赤道表面重力之比：
a c g = 1.67 10.44 ≈ 0.16 g a c = 10.44 1.67 ≈ 0.16
这意味着赤道处的物质感受到约 16% 的"减重"效应 ，这是地球等效比例（约 0.3%）的 50 倍以上 。
土星的轨道偏心率 e = 0.0565 e = 0.0565 9.04 AU 9.04 AU 10.12 AU 10.12 AU 1.08 AU 1.08 AU
T 2 ∝ a 3 T 2 ∝ a 3
代入土星的轨道半长轴 a = 9.58 AU a = 9.58 AU
T = 9.58 3 / 2 ≈ 29.66 年 T = 9.5 8 3/2 ≈ 29.66 年
与实际值 29.46 年非常吻合。
土星的可见云顶主要由以下成分构成：
成分
丰度（体积百分比）
相对木星
分子氢 H 2 H 2
96.3 % 96.3% 类似
氦 He He
3.25 % 3.25% 较低（木星约 10%）
甲烷 CH 4 CH 4
0.45 % 0.45% 类似
氨 NH 3 NH 3
0.026 % 0.026% 稍高
水 H 2 O H 2 O
微量
—
乙烷 C 2 H 6 C 2 H 6
微量
—
磷化氢 PH 3 PH 3
微量
—
氦亏损之谜 ：土星大气中的氦含量（3.25 % 3.25% 10 − 15 % 10 − 15% 10.2 % 10.2% 氦雨 "（helium rain）过程——氦从大气中沉降到更深层，释放引力势能，加热土星内部。这解释了为什么土星的光度是其自身能量的约 2 倍（与木星类似）。
云层
压力范围
温度范围
成分
平流层薄雾
< 0.1 bar < 0.1 bar < 100 K < 100 K 碳氢化合物光化学产物
氨冰云
0.1 − 0.5 bar 0.1 − 0.5 bar 100 − 130 K 100 − 130 K NH 3 NH 3
氨氢硫化铵云
2 − 4 bar 2 − 4 bar 160 − 180 K 160 − 180 K NH 4 SH NH 4 SH
水冰云
5 − 10 bar 5 − 10 bar 230 − 270 K 230 − 270 K H 2 O H 2 O
液态水/水滴
> 10 bar > 10 bar > 290 K > 290 K 水溶液
与木星类似，土星大气呈现出平行的**亮带（区）和暗带（带）**交替分布的结构，但对比度远低于木星（受上层光化学薄雾遮盖）：
纬度范围
特征
70 − 90 ∘ N 70 − 9 0 ∘ N 极地区域，六边形风暴
45 − 70 ∘ N 45 − 7 0 ∘ N 北温带
30 − 45 ∘ N 30 − 4 5 ∘ N 北赤道带
0 − 30 ∘ N 0 − 3 0 ∘ N 赤道急流（风速 1800 km/h 1800 km/h
0 − 30 ∘ S 0 − 3 0 ∘ S 南赤道带
30 − 45 ∘ S 30 − 4 5 ∘ S 南温带
45 − 70 ∘ S 45 − 7 0 ∘ S 南温带
70 − 90 ∘ S 70 − 9 0 ∘ S 南极区域
土星北极存在一个巨大的六边形气旋 结构，边长约 14500 km 14500 km
发现时间 ：1981 年旅行者 2 号，后经卡西尼号详细观测尺寸 ：六边形直径约 32000 km 32000 km 旋转速度 ：与土星自转完全同步（周期约 10h 39m）风速 ：边界风速约 100 m/s 100 m/s 360 km/h 360 km/h 形成机制 ：目前认为与罗斯比波（Rossby wave）非线性相互作用有关，实验室中旋转流体的类似实验重现了六边形结构
与木星大红斑对比 ：
特征
土星六边形
木星大红斑
形状
六边形
椭圆形
尺寸
直径 32000 km 32000 km
约 16000 km 16000 km
持续时间
至少 40 年（1981 至今）
至少 400 年（1632 年首次观测）
颜色
蓝色/金色
红褐色
旋转
与行星自转同步
逆时针旋转，周期约 6 天
形成机制
罗斯比波驻波
巨大反气旋
土星约每 30 年（一个土星年）在夏至前后爆发一次大型风暴，称为大白斑 （GWS）：
事件时间
纬度
观测方式
1876
北温带
地面望远镜
1903
北温带
地面望远镜
1933
赤道附近
地面望远镜（威尔刚发现）
1960
北温带
地面望远镜
1990
赤道附近
哈勃望远镜
2010-2011
北温带
卡西尼号详细记录
2010 年的大白斑是卡西尼号时代最重要的发现之一：风暴在数周内迅速扩大，最终包裹整个行星，在地面望远镜中可见为一个明亮的白斑。
土星赤道急流风速可达 1800 km/h 1800 km/h 500 m/s 500 m/s
行星
最大风速
相对土星
土星
1800 km/h 1800 km/h 100%
木星
360 km/h 360 km/h 20%
地球
407 km/h 407 km/h 23%
海王星
2100 km/h 2100 km/h 117%
注：海王星风速虽更高，但海王星属于冰巨星且大气动力学机制不同。
土星的内部结构模型基于引力场数据（卡西尼号精确测量）和木星类比，从外到内分为四层：
┌──────────────────────┐
│ 大气层 (1000 km) │ ← 可见云顶
├──────────────────────┤
│ 分子氢层 (30000 km) │ ← 分子氢 H2（未电离）
├──────────────────────┤
│ 液态金属氢层 (20000 km)│ ← 电导率类似金属
├──────────────────────┤
│ 岩石/冰核心 │ ← 约 10-20 倍地球质量
│ (半径约 15000 km) │
└──────────────────────┘
质量 ：约 10 − 20 M ⊕ 10 − 20 M ⊕ 成分 ：硅酸盐岩石 + 金属 + 冰（H 2 O H 2 O CH 4 CH 4 NH 3 NH 3 压强 ：核心处预计达到 10 − 50 Mbar 10 − 50 Mbar 温度 ：核心温度约 12000 − 15000 K 12000 − 15000 K 结构 ：可能与木星类似，具有弥散的核心边界（"稀释核心"理论），而非清晰的球状实体
稀释核心模型 ：卡西尼号的引力场数据显示土星的重力谐波（J 2 J 2 J 4 J 4 J 6 J 6 部分溶解、重元素在金属氢中弥散分布 的模型。这意味着土星核心不是像地球那样的固体核，而是一个富含重元素的模糊区域。
厚度 ：约 20000 km 20000 km 0.5 R S 0.5 R S 0.85 R S 0.85 R S 压强 ：1 − 10 Mbar 1 − 10 Mbar 温度 ：5000 − 10000 K 5000 − 10000 K 关键性质 ：在此压强下，氢分子（H 2 H 2 类似金属的电导率 磁场生成 ：金属氢层的对流运动产生土星的磁场（磁流体发电机效应）氦雨区域 ：在该层的上部，氦从氢中析出，形成氦液滴下沉
厚度 ：约 30000 km 30000 km 状态 ：分子氢（H 2 H 2 压强 ：底部约 1 Mbar 1 Mbar
土星向太空辐射的能量是其从太阳接收能量的 1.78 倍 ，这意味着土星有内部热源 ：
L 辐射 L 吸收 ≈ 1.78 L 吸收 L 辐射 ≈ 1.78
来源包括：
开尔文-亥姆霍兹收缩 ：引力势能转化为热能氦雨摩擦加热 ：氦液滴穿过氢层时释放摩擦热氦不混溶释放的引力势能
参数
土星
木星
地球
赤道磁场强度
0.22 G 0.22 G 4.3 G 4.3 G 0.31 G 0.31 G
磁矩
4.6 × 10 19 T ⋅ m 3 4.6 × 1 0 19 T ⋅ m 3 1.55 × 10 23 1.55 × 1 0 23 7.94 × 10 15 7.94 × 1 0 15
磁轴与自转轴夹角
< 0.1 ∘ < 0. 1 ∘ 9.6 ∘ 9. 6 ∘ 11.5 ∘ 11. 5 ∘
磁层顶距离（朝向太阳）
20 R S 20 R S 50 − 100 R J 50 − 100 R J 10 R E 10 R E
显著特征 ：土星的磁轴与自转轴几乎完全对齐（夹角 < 0.1 ∘ < 0. 1 ∘
土星在极地附近出现紫外极光 ，主要在土星环阴影区（即极夜区域）。极光机制与地球不同：
特征
土星极光
地球极光
能源
太阳风和环粒子沉降
太阳风
波长
紫外为主
可见光为主
高度
电离层顶
约 100 km 100 km
持续时间
数小时至数天
数分钟至数小时
位置
高纬度环状
极光椭圆带
卡西尼号发现土星的极光与土星自转高度相关，且受到土卫二喷发的粒子影响——土卫二喷出的水分子电离后沿磁力线运动，对极光活动产生调制作用。
土星环是太阳系中最大、最壮观的行星环系统，由数十亿个水冰粒子组成。
延伸范围 ：距土星表面 7000 km 7000 km 80000 km 80000 km 厚度 ：约 10 − 100 m 10 − 100 m 总宽度 ：约 282000 km 282000 km 总质量 ：约 1.5 × 10 19 kg 1.5 × 1 0 19 kg 成分 ：93 % 93% 7 % 7% 颗粒大小 ：从微米级尘埃到数米大小的冰砾
薄度数值示例 ：如果比例缩小到土星赤道半径 60268 km 60268 km
环的比例厚度 = 10 m 6 × 10 7 m ≈ 1.67 × 10 − 7 环的比例厚度 = 6 × 1 0 7 m 10 m ≈ 1.67 × 1 0 − 7
这相当于一张 0.1 mm 0.1 mm 600 m 600 m
环带
距离范围（土星赤道上方）
宽度
光学厚度
主要特征
D 环
66900 − 74510 km 66900 − 74510 km 7610 km 7610 km < 0.01 < 0.01 最内层，极暗淡
C 环
74658 − 92000 km 74658 − 92000 km 17342 km 17342 km 0.05 − 0.2 0.05 − 0.2 暗淡，含多个小空隙
B 环
92000 − 117580 km 92000 − 117580 km 25580 km 25580 km 0.5 − 2.5 0.5 − 2.5 最亮最密，结构最复杂
卡西尼缝
117580 − 122170 km 117580 − 122170 km 4590 km 4590 km < 0.01 < 0.01 最大空隙，土卫一引力清空
A 环
122170 − 136780 km 122170 − 136780 km 14610 km 14610 km 0.4 − 1.0 0.4 − 1.0 明亮，含恩克缝
F 环
140180 km 140180 km 30 − 500 km 30 − 500 km 变化
极窄，扭曲，牧羊犬卫星
G 环
166000 − 175000 km 166000 − 175000 km 9000 km 9000 km < 10 − 6 < 1 0 − 6 极暗淡，弥散
E 环
180000 − 480000 km 180000 − 480000 km 300000 km 300000 km < 10 − 5 < 1 0 − 5 巨大弥散，土卫二提供物质
卡西尼缝 （Cassini Division）：由土卫一（Mimas）与环粒子的轨道共振 （2:1 共振）清空。环粒子绕土星的每 2 个周期，土卫一恰好完成 1 个周期，引力扰动不断将粒子踢出该区域。行星环中其他空隙也由类似共振机制造成。
F 环的牧羊犬卫星 ：土卫十六（普罗米修斯，86 km 86 km 81 km 81 km
普罗米修斯位于 F 环内侧
潘多拉位于 F 环外侧
两者轨道略有偏心，导致 F 环呈现扭曲、束带、涟漪等复杂结构
关于土星环的起源，目前存在两种主要理论：
理论
描述
证据
问题
破碎起源 （主流）一颗冰质卫星被潮汐力撕裂（洛希极限内），或大型彗星/小行星撞击卫星
环的冰纯度极高（> 93 % > 93%
为何纯冰？岩石和金属碎片去哪了？
彗星捕获 路过彗星在洛希极限内被土星潮汐瓦解，碎片形成环
可解释环的相对年轻
动力学上概率较低
环的年龄之谜 ：卡西尼号数据显示环物质正在快速流失（每秒数吨），表明环可能只有 1 亿到 5 亿年 （远小于土星 45 亿年的年龄）。然而也有人认为环可以长期自我维持（通过微卫星碰撞补充物质）。
质量流失估算 ：
年流失量 = 10 4 kg/s × 3.15 × 10 7 s/年 ≈ 3.15 × 10 11 kg/年 年流失量 = 1 0 4 kg/s × 3.15 × 1 0 7 s/ 年 ≈ 3.15 × 1 0 11 kg/ 年
环总质量 1.5 × 10 19 kg 1.5 × 1 0 19 kg
生命周期 = 1.5 × 10 19 3.15 × 10 11 ≈ 4.76 × 10 7 年 ≈ 5000 万年 生命周期 = 3.15 × 1 0 11 1.5 × 1 0 19 ≈ 4.76 × 1 0 7 年 ≈ 5000 万年
这远小于太阳系年龄（45 亿年），强烈提示土星环是年轻的天体结构 。
环粒子的运动遵循开普勒定律。不同半径处的轨道速度：
v ( r ) = G M 土星 r v ( r ) = r G M 土星
在 A 环外缘（r = 136780 km r = 136780 km
v = 6.67 × 10 − 11 × 5.68 × 10 26 1.37 × 10 8 ≈ 16600 m/s ≈ 60000 km/h v = 1.37 × 1 0 8 6.67 × 1 0 − 11 × 5.68 × 1 0 26 ≈ 16600 m/s ≈ 60000 km/h
在 B 环内缘（r = 92000 km r = 92000 km
v = 6.67 × 10 − 11 × 5.68 × 10 26 9.20 × 10 7 ≈ 20300 m/s ≈ 73000 km/h v = 9.20 × 1 0 7 6.67 × 1 0 − 11 × 5.68 × 1 0 26 ≈ 20300 m/s ≈ 73000 km/h
内外速度差约 13000 km/h 13000 km/h
卡西尼号在 13 年任务中发现了许多新的环特征：
环的垂直结构 ：部分环厚度可达 3 km 3 km 10 − 100 m 10 − 100 m 土卫二驱动 E 环 ：直接观测到 E 环由土卫二南极喷出的水冰补充"螺旋密度波" ：环中传播的密度波由卫星共振激发"推进器"结构 ：小型嵌入卫星在环中留下推进器图案F 环动态变化 ：F 环在数月内发生形态变化
土星拥有太阳系已确认数量最多的卫星（146 颗——截至 2025 年数据），每年仍有新的小卫星被发现。这些卫星大小悬殊，从直径不足 1 km 1 km 5149 km 5149 km
类别
代表卫星
特征
大型冰卫星
泰坦、瑞亚、伊阿珀托斯、狄俄涅、特堤斯
直径 > 1000 km > 1000 km
中型冰卫星
恩克拉多斯、弥玛斯、许珀里翁
直径 300 − 1000 km 300 − 1000 km
不规则卫星
菲比（土卫九）等
逆/顺行轨道，可能为捕获天体
环内小卫星
潘、达夫尼斯、阿特拉斯等
嵌入环中，与环相互作用
牧羊犬卫星
普罗米修斯、潘多拉
约束 F 环
特洛伊卫星
特勒斯忒、卡吕普索
在较大卫星拉格朗日点轨道上
共轨卫星
伊庇墨透斯、杰纳斯
共享几乎相同轨道
泰坦是太阳系中第二大卫星 （仅次于木卫三），也是唯一拥有浓厚大气层 的卫星，更因其复杂的"类地"地表过程成为太阳系中最引人注目的地外世界之一。
参数
数值
直径
5149 km 5149 km
质量
1.345 × 10 23 kg 1.345 × 1 0 23 kg
平均密度
1.88 g/cm 3 1.88 g/cm 3
表面重力
1.35 m/s 2 1.35 m/s 2
轨道半径
1221870 km 1221870 km
公转周期
15.945 天
表面温度
− 179 ∘ C − 17 9 ∘ C 94 K 94 K
大气压
1.5 atm 1.5 atm
成分
丰度
氮气 N 2 N 2
95 % 95%
甲烷 CH 4 CH 4
5 % 5%
氩气 Ar Ar
微量
乙烷 C 2 H 6 C 2 H 6
微量
丙烷 C 3 H 8 C 3 H 8
微量
氢氰酸 HCN HCN
微量
有机雾霾（托林 tholin）
上层大气光化学产物
地球与泰坦大气对比 ：泰坦是太阳系中唯一与地球共享以氮气为主的大气层的天体。但地球的 N 2 N 2 78 % 78% 21 % 21% O 2 O 2 O 2 O 2 光化学雾霾 （托林，一种有机大分子聚合体）遮挡了可见光，使表面在可见光下呈现模糊的橙色。
类地水文循环 ：泰坦的温度极低（94 K 94 K 甲烷和乙烷扮演了水的角色 ：
地球过程
泰坦对应
水循环（蒸发/降水/径流）
甲烷循环
水构成河流
液态甲烷构成河流
湖水
甲烷/乙烷湖泊
雨（水）
甲烷雨
冰川（水冰）
水冰基岩（类似地壳）
火山喷发熔岩
冰火山喷发水 + 氨浆液
卡西尼-惠更斯号在泰坦表面发现了数百个湖泊和海洋，主要集中在北极地区 （约占表面 1.6 % 1.6% 克拉肯海 （Kraken Mare）——面积约 400000 km 2 400000 km 2
2005 年 1 月 14 日，惠更斯号探测器成功着陆在泰坦表面，这是人类航天史上最远的外太阳系着陆 （距离地球 12 亿公里）。
下降时间 ：2 小时 27 分最终着陆速度 ：约 5 m/s 5 m/s 表面状态 ：着陆时发现类似"湿沙"（甲烷湿润）的表层传输数据 ：约 350 张图像和科学数据着陆点分布 ：发现深色平原区域、明亮高地和复杂排水通道
恩克拉多斯虽仅直径 504 km 504 km 最可能的地外生命候选 之一。
参数
数值
直径
504 km 504 km
质量
1.08 × 10 20 kg 1.08 × 1 0 20 kg
平均密度
1.61 g/cm 3 1.61 g/cm 3
表面温度
− 198 ∘ C − 19 8 ∘ C
反照率
0.99 0.99
轨道半径
238000 km 238000 km
卡西尼号 2005 年最惊人的发现 ：恩克拉多斯南极区域存在大量水冰喷流：
喷射源 ：南极附近四条平行的"虎纹"裂缝（约 130 km 130 km 喷出物 ：水蒸气 + 冰粒 + 有机分子 + 盐（NaCl NaCl 喷出速度 ：约 800 − 1400 m/s 800 − 1400 m/s 物质流失 ：约 200 kg/s 200 kg/s 射程 ：部分喷出物最终逃逸，形成土星 E 环
地下海洋 ：卡西尼号的引力数据分析表明恩克拉多斯在冰壳（厚度约 30 − 40 km 30 − 40 km 全球液态水海洋 ，深度约 26 − 31 km 26 − 31 km
观测证据
说明
天平动测量
卡西尼跟踪表面特征表明冰壳与核心独立运动
引力场异常
南极区域质量异常，与液态水层一致
喷发物含盐
检测到 NaCl NaCl SiO 2 SiO 2
潮汐加热
与土卫四狄俄涅的 2:1 共振提供内部热源
能量需求估算 ：恩克拉多斯观测到的喷发功率：
P = 1 2 m ˙ v 2 = 1 2 × 200 kg/s × ( 1000 m/s ) 2 ≈ 10 8 W P = 2 1 m ˙ v 2 = 2 1 × 200 kg/s × ( 1000 m/s ) 2 ≈ 1 0 8 W
恩克拉多斯是目前 最可能存在外星微生物 的太阳系天体之一：
条件
恩克拉多斯
类似地球
液态水
✅ 全球海洋
✅
有机分子
✅ 喷出物中检测到
✅
能量来源
✅ 潮汐加热 + 热液活动
✅
化学梯度
✅ 检测到 H 2 H 2 CO 2 CO 2
✅
稳定环境
✅ 数百万年持续热液喷口
✅
卫星
直径
质量
平均密度
关键特征
弥玛斯 Mimas 396 km 396 km 3.75 × 10 19 kg 3.75 × 1 0 19 kg 1.15 g/cm 3 1.15 g/cm 3 赫歇尔撞击坑（130 km 130 km
特堤斯 Tethys 1062 km 1062 km 6.17 × 10 20 kg 6.17 × 1 0 20 kg 0.98 g/cm 3 0.98 g/cm 3 伊萨卡峡谷（2000 km 2000 km 100 km 100 km
狄俄涅 Dione 1123 km 1123 km 1.10 × 10 21 kg 1.10 × 1 0 21 kg 1.48 g/cm 3 1.48 g/cm 3 可能有地下海洋，表面含明亮的冰崖
瑞亚 Rhea 1528 km 1528 km 2.31 × 10 21 kg 2.31 × 1 0 21 kg 1.24 g/cm 3 1.24 g/cm 3 表面冰杂质少，可能存在三环系统
伊阿珀托斯 Iapetus 1469 km 1469 km 1.81 × 10 21 kg 1.81 × 1 0 21 kg 1.09 g/cm 3 1.09 g/cm 3 著名的阴阳面（一面暗如沥青，一面亮如雪），赤道脊（1300 km 1300 km 13 km 13 km
菲比 Phoebe 213 km 213 km 8.29 × 10 18 kg 8.29 × 1 0 18 kg 1.64 g/cm 3 1.64 g/cm 3 不规则卫星，逆轨道，捕获自柯伊伯带
伊阿珀托斯最独特的特征是半球反照率差异极大 ：
特征
前导半球（Leading）
后随半球（Trailing）
反照率
0.03 − 0.05 0.03 − 0.05 0.5 − 0.6 0.5 − 0.6
颜色
深红褐色
浅白色
起源
菲比注入的暗物质沉积
纯净水冰表面
物理机制 ：暗物质来自土卫九菲比的微尘（菲比轨道距离伊阿珀托斯较近），因伊阿珀托斯被潮汐锁定，其前导半球（始终朝运动方向）持续收集暗尘。暗尘吸收更多太阳热，使该区域冰升华，冰蒸气在较冷的后随半球重新凝结——形成自强化循环。
土星卫星数量的增长非常迅速。从旅行者时代到卡西尼时代，再到近年来地面望远镜的新发现：
年份/时代
已知卫星数
主要发现者/任务
1980 年前
10
地面望远镜
1981（旅行者）
18
旅行者 1/2 号
2004（卡西尼抵达）
33
地面 + 哈勃
2010
62
卡西尼 + 地面
2015
62
—
2020
82
望远镜技术进步
2023
146
加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）发现 62 颗新卫星
时期
人物/事件
贡献
约公元前 700 年
亚述天文学家
最早记录
1610 年
伽利略
首次望远镜观测，描述为"双耳"
1655 年
惠更斯
确认环的存在，发现泰坦
1671 年
卡西尼
发现伊阿珀托斯和瑞亚
1675 年
卡西尼
发现卡西尼缝
1789 年
赫歇尔
发现弥玛斯和恩克拉多斯
1898 年
皮克林
发现菲比（首个照相法发现）
任务
时间
类型
主要成就
先驱者 11 号 1979 年 9 月
飞越
首次飞越土星，发现 F 环，拍摄首张土星系统照片
旅行者 1 号 1980 年 11 月
飞越
详细成像环结构、发现六边形风暴，飞越泰坦
旅行者 2 号 1981 年 8 月
飞越
补充南极视角，发现更多卫星
卡西尼-惠更斯号 2004-2017
轨道器 + 着陆器
13 年详细观测，惠更斯着陆泰坦
卡西尼-惠更斯号由 NASA（卡西尼轨道器）+ ESA / ASI（惠更斯着陆器）共同建造，是人类历史上最成功的深空探测任务之一。
任务里程碑 ：
时间
事件
1997 年 10 月 15 日
发射
2004 年 7 月 1 日
入轨土星
2004 年 12 月 24 日
惠更斯分离
2005 年 1 月 14 日
惠更斯着陆泰坦
2005 年 7 月
第一次恩克拉多斯飞越，发现喷流
2008 年
主要任务结束（76 圈）
2010 年
春分任务（第一扩展）开始
2012 年
任务扩展至 2017 年
2017 年 4 月
大终章（Grand Finale）开始
2017 年 9 月 15 日
受控坠入土星大气
大终章（Grand Finale） ：2017 年 4 月至 9 月，卡西尼号在土星与环之间飞越 22 次（间距仅 2000 − 4000 km 2000 − 4000 km
卡西尼号核心发现 ：
泰坦表面的液态甲烷湖、复杂有机化学
恩克拉多斯南极冰火山 + 全球地下海洋
环系统的新结构（垂直结构、推进器图样）
土星的氦雨现象和稀释核心模型
恩克拉多斯为土星 E 环的直接物质来源
土星磁层的精确三维结构
新发现 6 颗卫星
发现了"环雨"现象——环粒子落入土星大气的质量流失
任务名称
计划时间
目标
当前状态
蜻蜓号（Dragonfly） 2027 年发射，2034 年抵达
泰坦核动力旋翼机，探索地表有机化学
NASA 已批准，研制中
恩克拉多斯轨道器 概念阶段
探测恩克拉多斯海洋、评估生命潜力
NASA Planetary Science Decadal Survey 2023-2032 优先级最高
文明/文化
土星称谓/象征
备注
古罗马
Saturnus（萨图尔努斯）
农业之神，周六（Saturday）词源
古希腊
Kρόνος（克洛诺斯）
泰坦神，宙斯之父
中国/日本
土星/土曜
五行之土
印度
Shani（沙尼）
业力之神
巴比伦
Ninurta（尼努尔塔）
战争与狩猎之神
占星学
象征纪律、结构、限制
传统凶星，代表因果报应
特征
土星
木星
差异倍数
质量
95.2 地球质量
317.8 地球质量
3.3 倍
赤道半径
60268 km 60268 km 71492 km 71492 km 1.19 倍
平均密度
0.687 g/cm 3 0.687 g/cm 3 1.33 g/cm 3 1.33 g/cm 3 1.9 倍
自转周期
10.5 h 10.5 h 9.9 h 9.9 h 0.94 倍
扁率 f f
0.098 0.098 0.0649 0.0649 1.5 倍
磁场强度
0.22 G 0.22 G 4.3 G 4.3 G 19.5 倍
轴倾角
26.73 ∘ 26.7 3 ∘ 3.13 ∘ 3.1 3 ∘ 8.5 倍
环系统
壮观明亮（肉眼可见）
暗淡（仅红外可辨）
—
已知卫星数
146
95
1.5 倍
最大卫星
泰坦（5149 km 5149 km
木卫三（5268 km 5268 km
相当
最高风速
1800 km/h 1800 km/h 360 km/h 360 km/h 5 倍
距日距离
9.58 AU 9.58 AU 5.20 AU 5.20 AU 1.84 倍
表面重力
10.44 m/s 2 10.44 m/s 2 24.79 m/s 2 24.79 m/s 2 2.37 倍
内部能量比例
吸收的 1.78 倍
吸收的 1.67 倍
接近
土星是肉眼可见 的五颗行星之一（水、金、火、木、土）。使用小型望远镜即可清晰看到环系统。
参数
说明
视星等范围
+ 0.2 + 0.2 − 0.6 − 0.6
冲日时角直径
19 − 20 19 − 20
环角直径
冲日时约 43 − 46 43 − 46
最佳观测时间
冲日前后的数月（约每 12-14 个月发生一次）
环倾角周期
约 13.7 年（环面过地球视线 → 环"消失"）
寻星镜要求
30 mm 30 mm
可见表面细节
需要 150 mm 150 mm
环倾角对观测的影响 ：土星的转轴倾角为 26.73 ∘ 26.7 3 ∘ 0 ∘ 0 ∘
NASA Solar System Exploration: Saturn — https://science.nasa.gov/saturn/
Cassini-Huygens Mission Overview — https://solarsystem.nasa.gov/missions/cassini/overview/
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Lorenz, R. D. & Mitton, J. (2008). Titan Unveiled: Saturn's Mysterious Moon Explored . Princeton University Press.
卡西尼号大终章：https://solarsystem.nasa.gov/missions/cassini/grand-finale/