比水还轻
土星被认为是是太阳系中最美丽的行星。它的体积和质量仅次于木星，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14亿千米）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9．6千米／秒。土星的自转很快，仅次于木星，其自转角速度随纬度不同而不同，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6万千米，其赤道半径与极半径相差5000多千米。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）。在土星上，物体要有37千米／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吸引住。
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14400千米，B环为25800千米，C环为20800千米，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、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128万千米处发现，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22．5千米。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6万千米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800千米，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3600千米。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，令人眼花瞭乱。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，另一条黯黑且宽；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20万千米，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，大气的结构以氢、氦等为主。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8000千米、宽6000千米的卵形区，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2万千米的岩石核心，核心外面就是土星大气。
土星家族
在宇宙飞船实地探测土星之前，人们已经发现土星有10颗卫星。1977年发现了土卫十一，1979年“先驱者1号”飞临土星时，探测到了第十二颗卫星。
为了纪念它的功绩，起名为“先驱者号”。“旅行者1号”飞船于1980年10月26日和11月10日在近距离考察土星时，又发现了5颗卫星。1981年8月25日“旅行者2号”在距土星云层之上101000千米处掠过，考察了土星及其光环和9个卫星。这次飞掠土星时，又发现了6颗卫星。
现已确认的土星卫星共23颗。距土星最近的是土卫十五，它与土星的距离为13．7万千米，仅为卫星到土星中心的2．29个土星半径，公转周期为0．601天，其半径只有15千米；最远的是土星九，平均距离约1293万千米，它距土星中心为216个土星半径。土卫八的轨道面与土星赤道面的交角为7°52′，属于不规则卫星。土卫九的轨道面与土星赤道面的交角为175°，逆行，轨道偏心率达0．163，也属于不规则卫星。其余的卫星均为规则卫星。
有趣的是，土卫四和土卫十二、土卫十和土卫十一都是两两同居一条轨道；而土卫三、土卫十六和土卫十七则是三星同居一轨道。从飞船发回的资料看，没有发现这些卫星上有火山活动的痕迹。
土星的卫星中，土卫六是天文学家关注的天体之一。它于1655年被荷兰天文学家惠更斯发现。长期以来，土卫六一直被认为是卫星中体积最大的，也是太阳系中唯一拥有大气的卫星，其大气成分主要是甲烷；过去认为它的表面温度也不很低，因而人们推测在它上面可能存在生命。“旅行者1号”发回的数据却令人失望，它发现土卫六的直径只有5150千米，并不是太阳系中最大的卫星（木卫三的直径最大，为5262千米），土卫六有一层稠密的大气层和一个液态的表面，其大气层至少有400千米厚，甲烷成分不到1％，大气的主要成分是氦，占98％，还有少量的乙烷、乙烯及乙炔等气体。土卫六的表面温度在－181℃到－208℃之间，液态表面下有一个冰幔和一个岩石核心。
飞船未发现存在任何生命的痕迹。土卫六能向外发射电波，使人感到迷惑。
此外，土卫六轨道附近有一个氢云。
除土卫六外，天文学家从“旅行者号”飞船发回的资料发现，土星的其他卫星都比较小，在寒冷的表面上都有陨击的疤痕，像破碎了的蛋壳。土卫一表面上有一个直径达128千米的陨石坑；土卫二有着荒凉的平原、陨石坑和断皱的山脊，它的不同区域代表着不同的历史时期；土卫三上有一个又深又宽，长约800千米的裂谷；土卫四表面有稀疏而明亮的条纹，它们都环绕着陨石坑。
奇妙的光环
土星有很多颜色炫丽的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。而更令他惊奇的是两年后那两颗“卫星”竟然突然失踪，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。他可能不会想到，自己竟是世界上第一个见到土星光环的人。