土星環(huán)（英文名：Saturnian ring; ring of Saturn）是土星赤道面上的環(huán)系，由繞土星運轉的碎塊和微粒組成，從內向外，環(huán)系可以分成D、C、B、A、F、G和E七個同心圓環(huán)。環(huán)中有不計其數(shù)的小顆粒，其大小從微米到米都有。環(huán)中的顆粒主要成分都是水冰，還有一些塵埃和其它的化學物質。
1610年，伽利略·伽利萊通過望遠鏡觀測土星環(huán)，雖然未能清楚的看出環(huán)的本質，但他還是成為第一個觀測土星環(huán)的人。荷蘭科學家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）于1655年開始用改進的望遠鏡研究土星，最終推斷出土星環(huán)的真實形狀以及環(huán)平面明顯傾向于土星軌道的事實。
許多人認為土星環(huán)是由許多微細的小環(huán)累積而成的（這個觀念可以回溯至皮埃爾-西蒙·拉普拉斯），并有少數(shù)真實的空隙。實際上這些環(huán)是有著同心但是在密度和亮度上有著極值的圓環(huán)盤。在叢集的尺度上，圓環(huán)之間有許多空洞的空間。但是，根據探測器近距離拍回的照片顯示，這個環(huán)并非整體，而是由許多小環(huán)組成。主要的土星環(huán)，寬度從48公里到30.2萬公里不等。距離土星從近到遠的土星環(huán)分別按被發(fā)現(xiàn)的順序命名為D、C、B、A、F、G和E環(huán)。其中，B環(huán)最寬、最亮，質量也最大。卡西尼號的無線電科學團隊測量得到的主環(huán)B環(huán)只是土衛(wèi)一質量的0.4倍。
長久以來，科學界對土星自轉軸轉軸傾角和土星環(huán)的成因未有定論。關于土星環(huán)的起源有兩種主要假設。一種假設認為這些光環(huán)是土星一顆被摧毀的衛(wèi)星殘余；另一種假設認為土星環(huán)是由形成土星的星云物質遺留下來的。此外E環(huán)中的一些冰來自土衛(wèi)二的間歇泉，環(huán)的水豐度呈放射狀變化，最外層的A環(huán)是純水冰。2022年9月，美國《科學》雜志發(fā)表的一項建模研究認為，土星環(huán)的形成可能與一顆1億多年前被摧毀的衛(wèi)星有關。
歷史
早期的觀測與發(fā)現(xiàn)
1610年，伽利略·伽利萊（Galileo Galilei）使用望遠鏡觀測土星環(huán)。 他認為這些環(huán)是行星兩側的“手柄”或大衛(wèi)星。他在報告中寫道：“土星不是一顆恒星，而是三顆恒星的復合體，它們幾乎相互接觸，彼此之間從不變化或移動，并且沿著黃道帶排成一排，中間的一顆比側面的一顆大三倍。"兩年后，他發(fā)現(xiàn)望遠鏡中的圖像變成了一個單一的物體。地球已經越過了土星的環(huán)平面，從邊緣看，土星環(huán)基本上已經消失了。但在1616年的觀測中，伽利略發(fā)現(xiàn)奇怪的側附肢已經回來了。
1655年，克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）使用他自己設計的50倍折射望遠鏡，發(fā)現(xiàn)土星被一個固體環(huán)所包圍，并傾斜于黃道。惠更斯最終推斷出土星環(huán)的真實形狀以及環(huán)平面明顯傾向于土星軌道的事實。但他認為這些環(huán)是一個具有相當厚的實心圓盤。
1660年，讓·沙佩蘭（Jean Chapelain）認為土星環(huán)是由大量非常小的衛(wèi)星組成的。 1664年，朱塞佩·坎帕尼觀察到土星環(huán)的外半部分比內半部分亮度低。 1676年，喬瓦尼·卡西尼在土星環(huán)中發(fā)現(xiàn)了卡西尼分區(qū)。 外環(huán)被稱為A環(huán)，較亮的內環(huán)被稱為B環(huán)。
1664年 - 朱塞佩·坎帕尼（Giuseppe Campani）觀察到土星環(huán)的外半部分不如內半部分明亮，但無法識別這是兩個獨立的環(huán)。
1675年，喬瓦尼·多梅尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）確定土星環(huán)由多個較小的環(huán)組成，它們之間有間隙，這些缺口中最大的一個后來被命名為卡西尼分部。該分區(qū)是A環(huán)和B環(huán)之間4800公里的區(qū)域。
1776年，威廉·赫歇爾（William Herschel）對土星環(huán)的厚度做出了最早的估計，估計為300英里。
1787年，皮埃爾·德·拉普拉斯（Pierre de Laplace）證明了均勻的實心環(huán)是不穩(wěn)定的，并提出環(huán)是由大量的實心小環(huán)組成的。
十九世紀的觀測及發(fā)展
1837年，亨利·凱特（Henry Kater）在A環(huán)的中間觀察到恩克的分裂。
1849年，愛德華·羅奇（Edouard Roche）提出土星環(huán)系統(tǒng)是在一顆流體衛(wèi)星如此接近土星時形成的，以至于它被潮汐力撕裂。
1850年，威廉·邦德（William Bond）和喬治·邦德（George Bond）觀測到一條橫跨土星的暗帶，緊鄰B環(huán)的內邊緣。 查爾斯·塔特爾（Charles Tuttle）認為這可能是由B環(huán)內的暗環(huán)引起的。 這枚戒指最初被稱為縐環(huán)，后來正式成為C環(huán)。 喬治·邦德得出結論，一個狹窄的固體環(huán)系統(tǒng)不可能是穩(wěn)定的，土星環(huán)必須是流體。
1856年，詹姆斯·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）推斷土星環(huán)不可能是固體，必須由“無限數(shù)量的不相連的粒子”組成。 由此研究了環(huán)上非剛性小塊橫截面上動力擾動的效果。他發(fā)現(xiàn)，為了保證環(huán)面的穩(wěn)定性，土星環(huán)必須有足夠的不規(guī)則性。
1859年，麥克斯韋證明，不均勻的固體環(huán)、固體小環(huán)或連續(xù)的流體環(huán)也不穩(wěn)定，這表明該環(huán)必須由許多小粒子組成，所有小粒子都獨立地繞土星運行。 后來，索菲亞·科瓦列夫斯卡婭還發(fā)現(xiàn)土星環(huán)不可能是液態(tài)環(huán)狀天體。
1883年，康芒斯（Commons）拍攝了第一張土星環(huán)的照片。
1889年，愛德華·巴納德（Edward Barnard）在土星環(huán)旁觀測到土衛(wèi)八的日食。 巴納德看到土衛(wèi)八在穿過C環(huán)的陰影時變得越來越暗，并完全消失在B環(huán)的陰影中，他得出結論，C環(huán)必須是半透明的，而B環(huán)是不透明的。
1895年，詹姆斯·基勒（James Keeler）和威廉·坎貝爾（William Campbell）觀察到土星環(huán)內部的軌道比環(huán)外部的軌道更快，證實了詹姆斯·麥克斯韋在1856年的推論，即土星環(huán)是由小粒子組成的。
二十世紀后的觀測與發(fā)現(xiàn)
1940年，哈羅德·杰弗里斯提供了明確數(shù)據，證明土星環(huán)必須由獨立的固體組成。
1966年，阿勒格尼天文臺拍攝到了被稱為E環(huán)的東西。 在同年的土星環(huán)穿越事件中，斯蒂芬·拉爾森 （Stephen Larson）在土星周圍發(fā)現(xiàn)了兩顆新衛(wèi)星，多爾福斯能夠建立環(huán)的實際邊緣亮度，并估計環(huán)的厚度只有2.4公里。
1967年，沃爾特·費貝爾曼（Walter Feibelman）從阿勒格尼天文臺前一年拍攝的圖像中發(fā)現(xiàn)了E環(huán)。 1969年，皮埃爾·蓋林（Pierre Guerin）發(fā)現(xiàn)了可能存在D環(huán)的證據。
1970年，對環(huán)的近紅外光譜的測量強烈地表明了水冰的存在，這也表明環(huán)顆粒的表面主要是水冰。1978年，H. 賴策馬（H. Reitsema）通過對土衛(wèi)八被光環(huán)遮蔽時的觀測，確立了恩克分部的存在。 Peter Goldreich和Scott特里梅因提出，土星環(huán)中的密度波是由于環(huán)粒子與衛(wèi)星的共振而產生的。
1979年，先驅者11號飛越土星，發(fā)現(xiàn)了F環(huán)，并確認了E環(huán)。彼得·戈德賴希（Peter Goldreich）和斯科特·特雷梅恩（Scott Tremaine）提出牧羊人衛(wèi)星可能包含一個狹窄的環(huán)。 (1980年旅行者1號探測器發(fā)現(xiàn)的狹窄的F環(huán)和相關的牧羊人衛(wèi)星將證實這一理論）。
1980年，在1979-1980年的土星環(huán)平面穿越中發(fā)現(xiàn)了三顆新的土星衛(wèi)星。布魯諾·西卡迪（Bruno Sicardy）和安德烈·布拉希克（Andre Brahic）能夠測量B環(huán)的厚度約為1.1公里。 斯蒂芬·拉森（Stefan Larsson）和威廉·鮑姆（William Baum）觀察到E環(huán)從土衛(wèi)一的軌道延伸到土衛(wèi)五軌道附近的8個土星半徑。 E環(huán)的峰值亮度與土衛(wèi)二的軌道相對應，表明這顆衛(wèi)星可能是E環(huán)的粒子來源。
1980-1981年，旅行者1號探測器和旅行者2號探測器飛越土星，收集了關于土星環(huán)的新信息。 發(fā)現(xiàn)了G環(huán)，在B環(huán)上觀察到“輻條”，在F環(huán)上觀察到編織。 此外，旅行者號探測器還發(fā)現(xiàn)了三顆新衛(wèi)星：Rich Terrier在旅行者號的照片中發(fā)現(xiàn)了Atlas，普羅米修斯和潘多拉是第一個被發(fā)現(xiàn)的牧羊衛(wèi)星。 一些衛(wèi)星被發(fā)現(xiàn)共享相同的軌道，這些被稱為共軌道，之后甚至在環(huán)的間隙中發(fā)現(xiàn)了小環(huán)。 旅行者號發(fā)現(xiàn)了三個新的能隙，分別被命名為麥克斯韋隙、克里斯蒂安·惠更斯能隙和基勒能隙。
土星環(huán)雨存在的首批證據來自Voyager 1和Voyager 2的觀測結果，包括土星電離層的特殊變化、土星環(huán)密度的變化以及環(huán)繞土星北半球中緯度區(qū)域的三條狹窄暗帶。1986年，戈達德航天飛行中心研究人員將狹窄暗帶與土星巨型磁場形狀聯(lián)系在一起，并指出來自土星環(huán)的帶電冰凍顆粒順著磁感線向下流動，將水傾瀉到土星高層大氣，也就是土星磁感線的源頭。來自土星環(huán)的流出現(xiàn)在特定緯度，沖走了平流層的霧霾，減少了反射光線，由此產生了兩艘Voyager捕捉到的狹窄暗帶。
2022年9月，美國《科學》雜志發(fā)表的一項建模研究認為，土星自轉軸轉軸傾角和土星環(huán)的形成可能與一顆1億多年前被摧毀的衛(wèi)星有關。
2025年3月24日凌晨，土星環(huán)側面正對地球，由于土星環(huán)厚度只有幾十米，從地面角度很難被觀測到，看起來好像“消失”，土星環(huán)的“消失”奇觀持續(xù)數(shù)日。
特性
物理特性
雖然土星環(huán)看起來是實心的，但其實是由無數(shù)漂浮的冰塊、巖石顆粒和塵埃組成。寬度幾乎和地月距離相當，但厚度卻有十幾米甚至幾十米。寬度從48公里到30.2萬公里不等。這些土星環(huán)按照距離土星從近到遠的距離，按照被發(fā)現(xiàn)的時間先后順序，分別被命名為D、C、B、A、F、G和E環(huán)。其中，B環(huán)最寬、最亮，質量也最大。
密集的主要環(huán)帶從赤道上方7000?公里延伸至80000公里，但估計它的厚度只有10米，并且99.9%都是冰，也許還參雜著少許的雜質，像是有機化合物托林或硅酸鹽。主要環(huán)帶中的顆粒大小范圍從1公分至10米都有。
環(huán)的結構大致可以通過它們的光學深度來描述，作為與土星距離的函數(shù)。光學深度是通過介質（例如云、行星大氣層或太空中的粒子區(qū)域）時吸收的電磁輻射量的量度。因此，它可以作為介質平均密度的指標。環(huán)中最大的縫隙，像是卡西尼縫（Cassini Division）和恩克環(huán)縫（Encke Gap），都能從地球上看見，兩艘旅行者太空船都發(fā)現(xiàn)環(huán)實際上是由數(shù)以萬計稀薄的小環(huán)和空隙構成的復雜結構體。
雖然不能直接看到構成土星環(huán)的單個粒子，但它們的大小分布可以從它們對通過恒星和航天器環(huán)傳播的光和無線電信號散射的影響中推斷出來。該分析揭示了從厘米到幾米不等的廣泛而連續(xù)的顆粒尺寸范圍，較大的物體數(shù)量明顯少于較小的物體。這種分布與最初較大的物體反復碰撞和破碎的預期結果一致。在環(huán)的某些部分，碰撞顯然更頻繁，甚至存在更小（灰塵大小）的晶粒，但由于各種損失機制，這些晶粒的壽命很短。較小顆粒的云顯然獲得電荷，與土星的磁場相互作用，并以移動的楔形輻條的形式表現(xiàn)出來，這些輻條徑向延伸到環(huán)的平面上。
化學組成
土星環(huán)主要由大小從微米到米不等的水冰顆粒組成，顆粒的軌道速度本來與土星引力維持在平衡狀態(tài)，但來自太陽的紫外光或宇宙流星塵轟擊導致的等離子云大幅改變了這種平衡，讓顆粒掉落下去。
1997年發(fā)射的卡西尼-惠更斯探測器對土星光環(huán)及其衛(wèi)星進行了探測。來自卡西尼號航天飛機的資料顯示土星環(huán)有自己的大氣層，與行星本身無關而獨立存在。大氣中有氧分子（O2），這是來自太陽的紫外線與環(huán)中的冰相互作用而產生的。水分子之間的鏈接受到紫外線的刺激產生化學作用釋放出并拋出了氣體，尤其是O2。根據這些大氣的模型，也有H2，O2和H2的大氣層是很稀薄的，但莫名其妙的被凝聚在環(huán)的周圍，它的厚度只是一個原子。環(huán)中也有氣體，如同氧氣一樣，這些氣體也是水分子的崩解導致的，經由轟擊將水分子崩解的高能量離子是由恩塞拉都斯拋射出來的。
水冰占據了土星環(huán)的95%～99%，但科學家在光環(huán)雨中發(fā)現(xiàn)的水，卻沒有預期的這么多。美國航空航天局艾姆斯研究中心的杰夫·庫齊（Jeff Cuzzi）對此有一個解釋：一個此前未被探測到且緊靠D環(huán)的輻射帶把冰質顆粒物中的水剝離掉了。根據這個解釋，在更靠近土星的地方探測到的粒子很可能是能抵御輻射的物質，例如硅酸鹽和有機化合物。
土星的軸傾角
土星傾斜的決定性事件被認為是“最近”發(fā)生的。在土星形成后的30多億年里，它的自轉軸一直只是輕微傾斜。大約10億年前，其衛(wèi)星運動觸發(fā)了一種一直持續(xù)到今天的共振現(xiàn)象：土星軸與海王星軌道相互作用，并逐漸傾斜，直到今天觀測到的27°傾角。法國國家科學研究中心和索邦大學的兩名科學家證實，衛(wèi)星的影響可以解釋土星旋轉軸的傾斜。土星當前軸傾斜是由衛(wèi)星遷移造成的，尤其是最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六的遷移。
天文學家們一直懷疑土星環(huán)的傾斜可能與海王星有關。有研究顯示，土星的自轉軸會隨著時間的推移做周期性運動，這種運動被稱為“進動”，是自轉軸繞某一中心旋轉的現(xiàn)象。土星進動的狀態(tài)似乎與海王星的運行很合拍。土星的進動像一個旋轉的陀螺，而海王星環(huán)繞太陽公轉的軌道也在發(fā)生擺動，像一個搖擺的呼啦圈。這并不像是巧合。天文學家們認為，土星自轉軸的傾斜是土星與海王星發(fā)生了引力關聯(lián)的結果，這種現(xiàn)象又被稱為“軌道共振”。
然而“卡西尼號”土星探測器的探測數(shù)據顯示，土星與海王星的所謂引力關聯(lián)，并非完全合拍。科學家們依據“卡西尼號”土星探測器的探測數(shù)據模擬了土星內部的質量分布，結果發(fā)現(xiàn)，土星的運行的確接近與海王星共振的狀態(tài)，但并不與海王星的共振完全吻合。這意味著這兩顆行星可能只是一度處于軌道共振狀態(tài)，但目前卻并非如此了，土星可能已經擺脫了與海王星的共振。因而被科學家們認為是最能解釋土星環(huán)之謎的理論。科學家提出了一種理論解釋：當土星形成時，它的自轉軸是基本垂直于它的公轉軌道面的。然而，隨著土衛(wèi)六（土星最大的衛(wèi)星）漸漸遠離土星，加上“蝶蛹”等衛(wèi)星的作用，土星和海王星之間發(fā)生了共振關系，土星的自轉軸發(fā)生傾斜且越來越厲害，最后達到了36度。到了大約1.6億年前，土星巨大的引力終于將“蝶蛹”撕碎了。由于失去了“蝶蛹”，土星脫離了與海王星的共振，它的自轉軸的傾斜度得到調整，從36度減小到現(xiàn)在的大約27度，從而形成了今天看到的狀態(tài)。
主環(huán)的形成與演化
土星位于木星和天王星之間，是太陽系第二大的氣態(tài)巨行星。在太陽系八大行星中直徑排行第二，距離地球約15億千米。因為與木星同屬于氣態(tài)巨行星，所以也具有質量大、體積大，密度小和自轉速度快等特點。質量是地球的95倍，體積是地球的730倍，平均密度為八大行星中最小，比水的密度大約還小31％。由于自轉速度非常快，星體外形呈扁的橢球體。土星環(huán)是土星赤道面上的環(huán)系，由繞土星運轉的碎塊和微粒組成。
形成推斷
關于土星環(huán)的起源有兩種主要假設。一種假設認為，土星光環(huán)是其衛(wèi)星彼此相撞或者是外來星云與土星相撞的結果，不過天文學家發(fā)現(xiàn)，土星光環(huán)主要由冰構成（95%）。此外E環(huán)中的一些冰來自土衛(wèi)二的間歇泉，環(huán)的水豐度呈放射狀變化，最外層的A環(huán)是純水冰。另一種假設認為它很可能是一顆“冰殼衛(wèi)星”與土星外圍物質相撞后的結果。這顆死星其他部分因重量較大而墜入土星大氣層。
除此外還存在一種可能，科學家們認為，如今擁有83顆衛(wèi)星的土星曾至少擁有一顆多出的衛(wèi)星，他們將這顆衛(wèi)星命名為“蝶蛹”，并通過模擬得出“蝶蛹”的一些基本屬性。它與土星第三大衛(wèi)星土衛(wèi)八大小相當，曾與“兄弟姐妹”一起環(huán)繞土星運轉數(shù)十億年。它對土星的引力使土星保持一定自轉軸轉軸傾角，并與海王星形成軌道共振。
研究人員推測，距今2億年到1億年間的某個階段，“蝶蛹”進入一個混亂的軌道區(qū)。經歷數(shù)次與土衛(wèi)八和土衛(wèi)六的近距離相遇后，它在與土星“擦身而過”時被巨大的引力撕成碎片。失去這顆衛(wèi)星使土星脫離與海王星的共振，并形成目前的自轉軸傾角。“蝶蛹”的大部分殘片可能已撞向土星，少部分碎片可能仍懸浮在軌道上，最終分解成小冰塊，形成了標志性的土星環(huán)。
研究人員表示，“失去的衛(wèi)星”理論不僅可以解釋土星自轉軸轉軸傾角的形成，還與對土星環(huán)年齡的研究結論相吻合。此前有研究顯示，與形成于45億年前的土星相比，土星環(huán)的歷史相對短暫，它形成于約1000萬年至1億年前。
科學界對土星環(huán)的年齡有截然不同的觀點。一種觀點認為土星環(huán)很古老，應該是和土星同時誕生的。另一種觀點則認為土星環(huán)很年輕，可能只存在了一兩億年。持后一種觀點的人認為，土星環(huán)很明亮，不像有太多陳年的污垢和歲月的痕跡。太空中存在不少星際塵埃，還有大量來自彗星和小行星的碎片，假若土星環(huán)在太空中暴露了幾十億年，它就應該染上不少灰塵，它的環(huán)面應該變得暗淡和污濁才對。
為了弄清楚情況，科學家們使用“卡西尼號號”土星探測器搭載的紫外圖像光譜儀仔細研究了土星環(huán)中的顆粒。他們發(fā)現(xiàn)土星環(huán)上夾雜著一些冰塊，認為這些冰塊有可能在環(huán)內物質的循環(huán)過程中發(fā)揮了重要的“保潔”作用，它們將來自宇宙的污染物稀釋和吸收掉了，因此土星環(huán)雖然并不暗淡，但依然可以很古老。這就是說，土星環(huán)有可能形成于45億年前，和土星誕生于同一時期，那時太陽和它的行星剛剛從星云中脫穎而出。然而，在研究了落在土星環(huán)上的星際塵埃后，科學家們又得出了相反的結論。那些塵埃是2004年“卡西尼號”土星探測器抵達土星后，用攜帶的塵埃計數(shù)器收集到的。數(shù)據顯示，土星環(huán)被污染的年齡最多只有幾億年，這樣的結果佐證了土星環(huán)很年輕的觀點。
2017年9月，“卡西尼號”土星探測器又對土星環(huán)作了一次全新的探測，這是它在結束土星探測使命之前的最后一次探測行動。科學家們一直認為，土星環(huán)的質量與土星環(huán)的年齡之間存在著一種“質量越大，年齡越老”的關系。因為質量巨大的土星環(huán)需要足夠多的物質來“構建”，這樣多的物質只有幾十億年前土星形成之初時的太陽系能夠提供。于是，科學家們又一次研究了土星環(huán)，他們利用“卡西尼號號”在土星和土星環(huán)之間往返飛行的機會，獲得了土星和土星環(huán)作用于“卡西尼號”的引力數(shù)據。在分析了這些數(shù)據后，人們更傾向于支持年輕說。他們認為，土星環(huán)的質量遠不如人們以前想象的那么大，所以土星環(huán)應該是在土星形成后才有的，它可能的確很年輕。
未來演化
土星環(huán)是由不計其數(shù)的冰粒組成的，圍繞著土星形成七個不同的層次。NASA表示土星正在失去自己標志性的土星環(huán)，其速率達到此前根據Voyager 1和Voyager 2觀測估算的最大值。在引力和磁場的共同作用下，土星環(huán)的冰物質顆粒以塵埃雨的形式落入土星。
美國航空航天局戈達德航天飛行中心（GS．FC）指出，根據估算結果，土星環(huán)雨的流量可以在半小時內填滿一個奧運會專用游泳池，因此整個土星環(huán)系統(tǒng)將在3億年內消失盡。此外，Cassini探測到落人土星赤道區(qū)域的土星環(huán)物質，因此可以估計土星環(huán)的壽命不會超過1億年。
土星環(huán)的結構
土星的7個環(huán)，由無數(shù)冰塊組成。20世紀的大部分時間里，科學家認為土星環(huán)很可能與土星“同歲”，但觀測表明，土星環(huán)由大約98%的純水冰組成，只有少量巖石物質，推翻了這一設想。主要的土星環(huán)，寬度從48公里到30.2萬公里不等。距離土星從近到遠的土星環(huán)分別按被發(fā)現(xiàn)的順序命名為D、C、B、A、F、G和E環(huán)。其中，B環(huán)最寬、最亮，質量也最大。
土星環(huán)位于土星的赤道面上。在空間探測以前，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)既寬又亮，它的內側是C環(huán)，外側是A環(huán)。A環(huán)和B環(huán)之間為寬約5000公里的卡西尼號縫，它是天文學家卡西尼在1675年發(fā)現(xiàn)的。B環(huán)的內半徑91500公里，外半徑116500公里，寬度是25000公里，可以并排安放兩個地球。A環(huán)的內半徑121，500公里，外半徑137000公里，寬度15，500公里。C環(huán)很暗，它從B環(huán)的內邊緣一直延伸到離土星表面只有12，000公里處，寬度約19000公里。1969年在C環(huán)內側發(fā)現(xiàn)了更暗的D環(huán)，它幾乎觸及土星表面。在A環(huán)外側還有一個E環(huán)，由非常稀疏的物質碎片構成，延伸在五、六個土星半徑以外。
1979年9月，“先驅者” 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公里，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。G環(huán)離土星很遠，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，其結果同地面觀測相差不大。“先驅者”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轉軸傾角較大，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。仔細觀測發(fā)現(xiàn)，土星環(huán)內除卡西尼縫以外，還有若干條縫，它們是質點密度較小的區(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)縫也不完整。科學家認為這些環(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。“先驅者”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“先驅者縫”，還測得恩克縫的寬度為876公里。由觀測闡明土星環(huán)的本質，要歸功于美國天文學家基勒，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的大群質點。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)是由分離質點構成的。1972年從土星環(huán)反射的雷達回波得知，環(huán)的質點是直徑介于4到30厘米之間的冰塊。
內環(huán)相關
D環(huán)
在土星半徑1.11至1.23處的C環(huán)內部是極其脆弱的D環(huán)，它對穿過它的星光或無線電沒有可測量的影響，只有在反射光下才能看到。
C環(huán)
C環(huán)（有時稱為縐環(huán)），位于土星半徑1.23至1.52處，光學深度接近0.1。
B環(huán)
B環(huán)是環(huán)中最亮、最厚、最寬的環(huán)。它的半徑從1.52到1.95土星半徑延伸，光學深度在0.4到2.5之間，精確值取決于與土星的距離和光的波長，土星的赤道半徑為60268公里。它在視覺上與外大環(huán)A環(huán)隔開，這是主環(huán)中最突出的間隙。卡西尼分部位于土星半徑1.95至2.02之間，并非沒有粒子，在光學深度上表現(xiàn)出復雜的變化，平均值為0.1。
卡西尼縫
卡西尼縫介于A環(huán)和B環(huán)之間，寬達4,800公里（2,980英里），在1675年就被喬瓦尼·卡西尼在巴黎天文臺用折射望遠鏡所觀測。從地球上看他只是土星環(huán)中薄薄的暗區(qū)，但是航海家號發(fā)現(xiàn)環(huán)縫本身具有與C環(huán)相似的成分。
惠更斯縫
惠更斯縫位于卡西尼縫的內側邊緣，它的幾何寬度和光深度隨著方位角不規(guī)則的改變，這可能是B環(huán)外緣的離心率對外緣等其他因素造成的影響。另外還有一個狹窄的小環(huán)正好就位在惠更斯小環(huán)的外側。
A環(huán)
A環(huán)的半徑為土星半徑2.02至2.27，A環(huán)光學深度為0.4至1.0。
洛希裂縫
分隔開A環(huán)和F環(huán)的區(qū)域被命名為洛希裂縫以紀念法國物理學家愛德華·洛希（édouard Roche）。洛希縫隙距離土星心約136775-139380千米。
外環(huán)相關
雅努斯/艾比米修斯環(huán)
該i環(huán)圍繞著土衛(wèi)十雅努斯和土衛(wèi)十一艾比米修斯軌道占據的附近區(qū)域，這是卡西尼號在2006年利用前景散射的影像所顯露的。這個環(huán)在半徑方向的寬度約5000公里。它的微粒來自被隕石撞擊的衛(wèi)星表面，這些微粒散布在軌道的附近，然后形成一個散開的圓環(huán)。
G環(huán)
G環(huán)的光學深度只有0.000001;它位于土星半徑約2.8處，最初是通過它對土星磁層中帶電粒子的影響來探測到的，在旅行者1號探測器圖像中可以隱約辨認出它。2008年拍攝的卡西尼號圖像顯示，G環(huán)中存在一顆名為Aegaeon的小衛(wèi)星，直徑約為0.5公里（0.3英里）。這顆衛(wèi)星可能是G環(huán)的幾個母體之一。那些位于A環(huán)外的土星環(huán)類似于木星環(huán)，因為它們主要由衛(wèi)星不斷脫落的小粒子組成。
墨托涅環(huán)弧
這個環(huán)在2006年9月被偵測到，在經度上有大約10度與土衛(wèi)三十二墨托涅聯(lián)系在一起，弧中的物質應該是來自土衛(wèi)三十二墨托涅被微流星體撞擊后的拋出物。塵土存在的弧可歸咎于和土衛(wèi)一彌瑪斯14:15的軌道共振（類似于在G環(huán)內的禁閉機制）。
安忒環(huán)弧
這個環(huán)在2007年6月被偵測到，在經度上大約有20度與土衛(wèi)四十九安忒聯(lián)系在一起。弧中的物質相信是土衛(wèi)四十九安忒與微流星撞擊后被敲擊出來的，并因為與土衛(wèi)一彌瑪斯有10:11的軌道共振而被禁制在此區(qū)域。受到相同的共振影響，土衛(wèi)四十九安忒的位置會在經度14°的范圍在軌道內前后來回的振蕩。
帕勒涅環(huán)
該環(huán)與土衛(wèi)三十三帕勒涅共享軌道，并在卡西尼號太空船2006年的前景散射影像中被觀測。這個環(huán)在半徑方向上的厚度約為2500公里，來源是土衛(wèi)三十三帕勒涅的表面受到石隕石體撞擊被剝離的微粒，然后散布在軌道的路徑上形成圓環(huán)。
E環(huán)
卡西尼號的觀測證實，E環(huán)是由來自間歇泉（冰火山活動的一種形式，或低溫火山活動）的冰顆粒組成的，這些冰粒位于月球土衛(wèi)二南極洲附近的熱活躍區(qū)域（熱點）。
佛碧環(huán)
2009年10月6日，宣布就在土衛(wèi)九佛碧的軌道平面內側發(fā)現(xiàn)稀薄物質構成的盤狀物。這是在盤狀物的側面正對地球時被觀測到的，可以算是一個松散的環(huán)。環(huán)雖然很大（視直徑達到兩個滿月的大小），但從地球上幾乎看不見，它是由美國航空航天局使用紅外線的史匹哲太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。
可能存在的環(huán)系統(tǒng)
美國航空航天局在2008年3月6日宣布土衛(wèi)五可能擁有一個稀薄的環(huán)帶，這也是人類首次在衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)環(huán)帶系統(tǒng)。這個環(huán)帶系統(tǒng)的存在是因為卡西尼號發(fā)現(xiàn)土星的磁場在土衛(wèi)五附近有高能量的電子流所推論出來的。塵土與礫石延伸至土衛(wèi)五的希爾球區(qū)域，不過在靠近土衛(wèi)五的附近更加稠密，顯示土衛(wèi)五可能擁有3條密度較高的細環(huán)帶。
土星的光環(huán)雨
根據卡西尼號的分析，土星環(huán)中的冰爍、氣體和其他物質互相碰撞后、形成粉碎，并在重力的作用下降至行星地表，形成了光環(huán)雨。其主要化學構成為氫和氦，其次還包括甲烷、丁烷、丙等有機化合物，以及些許硅酸鹽含量豐富的顆粒。美國航空航天局（NASA）的研究表明，因為光環(huán)雨的存在，土星環(huán)將會在一億年內消失，比之前科學家預估的三億年降低了兩億年。
土星衛(wèi)星
土星環(huán)和土星衛(wèi)星構成了兩組完全不同的實體，這些實體又形成了一個復雜的物體系統(tǒng)并與其結構、動力學和演化密切相關。土星環(huán)很大，但也非常薄。其直徑為270000公里，但厚度不超過100米，總質量僅為1.5×1019千克。如果算上外環(huán)，整個環(huán)系統(tǒng)跨越能達到26000000公里。
科學家按照發(fā)現(xiàn)順序為土星各環(huán)分配了一個字母，它們之間的縫隙和分界則以天文學家的名字命名。像潘、阿特拉斯、普羅米修斯和潘多拉這樣的小“牧羊人”衛(wèi)星在明亮的環(huán)內運行，它們的軌道構成了一條條縫隙。
已知最內層衛(wèi)星的軌道落在最外層的環(huán)內或之間，新衛(wèi)星繼續(xù)被發(fā)現(xiàn)嵌入環(huán)結構中。事實上，環(huán)系統(tǒng)本身可以被認為是由無數(shù)微小的衛(wèi)星組成的——從單純的塵埃斑點到汽車和房屋大小的碎片——它們各自圍繞土星運行。由于難以區(qū)分最大的環(huán)狀粒子和最小的衛(wèi)星，因此可能無法確定土星的衛(wèi)星的精確數(shù)量。土星環(huán)正處于“中年”，現(xiàn)在能看到它很幸運，木星、天王星和海王星可能曾經也有這種環(huán)，但現(xiàn)在已經不明顯了。
《科學》雜志上報告說，他們通過分析美國“卡西尼”土星探測器獲取的引力數(shù)據得出，與形成于45億年前的土星相比，土星環(huán)的歷史相對短暫，它形成于約1000萬年至1億年前，當時地球正處于恐龍時代。
如果土星形成后才擁有土星環(huán)，那么這些環(huán)應該是由圍繞土星運行的小型冰凍衛(wèi)星碰撞形成，碰撞的原因可能是其運行軌道受到路過的小行星或彗星的干擾。
參考資料 >
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土星外面的圈圈是干嘛的?為了提升顏值嗎.微信公眾平臺.2023-12-14
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統(tǒng)一電磁學的麥克斯韋，如何影響了系統(tǒng)科學的發(fā)展?.微信公眾平臺.2023-12-14
15年等一回！土星環(huán)將上演“隱身術”.人民日報.2025-03-23
土星環(huán)的暗帶是怎么形成的？.今日頭條.2023-06-04
土星的這個“草帽”藏著行星形成的秘密.今日頭條.2023-06-04
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土星環(huán)正在消失是被土星吃掉了？土星環(huán)是怎么形成的圖片欣賞_國際新聞_海峽網.海峽網.2023-06-04
真環(huán)漫談.微信公眾平臺.2023-12-14
土星光環(huán)下的雨，卡西尼號嘗了嘗.National Geographic.2023-12-14
衛(wèi)星“離心” 土星“歪了”.中國科學院.2023-12-14
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NASA：土星環(huán)正在被土星“吃掉” 壽命已減少2億年.環(huán)球網.2023-12-14