土星的星体卫星
土星的光环由无数个小块物体组成，它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星还是太阳系中卫星数目仅次于木星的一颗行星，周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转，就象一个小家族。近几年随着观测技术的不断提高大行星卫星的数量急剧攀升，至今已发现的土星卫星就已经超过了60颗。土星卫星的形态各种各样，五花八门使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气，是太阳系已知的有大气卫星中的一员。
土星有一个显著的环系统，主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土已经确认的土星的卫星有62颗，其中9个是1900年以前发现的。其中，土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星（半径2575KM）（太阳系最大的卫星是木星的木卫三半径2634KM），比行星中的水星还要大；并且土卫六是唯一拥有明显大气层的卫星土卫一到土卫十按距离土星由近到远排列为：土卫十、土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八、土卫九。土卫十离土星的距离只有159,500公里，仅为土星赤道半径的2.66倍，已接近洛希极限。这些卫星在土星赤道平面附近以近圆轨道绕土星转动。
土星有众多的卫星。精确的数量尚不能确定，所有在环上的大冰块理论上来说都是卫星，而且要区分出是环上的大颗粒还是小卫星是很困难的。到2009年，已经确认的卫星有62颗，其中52颗已经有了正式的名称；还有3颗可能是环上尘埃的聚集体而未能确认。许多卫星都非常的小：34颗的直径小于10 公里，另外13颗的直径小于50 公里，只有7颗有足够的质量能够以自身的重力达到流体静力平衡。
1980年，当旅行者号探测器飞过土星时，在原有的九颗卫星（土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八和土卫九）基础上，又发现了八颗新的卫星。但是很难说土星究竟有多少卫星。一些组成土星光环的较大的粒子实际上也许就是小卫星。土星在太阳系中拥有的卫星最多。跟木星卫星不一样，土星卫星不能简单地以成分和密度归类划分。旅行者号所发现的卫星显示出复杂多样的特征。
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公里的陨石坑；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公里的裂谷；土卫四表面有稀疏而明亮的条纹，它们都环绕着陨石坑。 1655年3月25日，荷兰天文学家惠更斯在用自制的3.7米长折射望远镜观测土星时，无意中发现了一颗土星的卫星这颗卫星被命名为泰坦(或译：提坦)。它就是最受天文学家瞩目的土卫六，是被人类发现的第一颗土星卫星。
土星的卫星中，土卫六是天文学家关注的天体之一。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公里，并不是太阳系中最大的卫星（木卫三的直径最大，为5262公里），它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公里厚，甲烷成分不到1%，大气的主要成份是氮，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。
长期以来，土卫六一直被认为是太阳系卫星中体积最大、超过水星的卫星之王。旅行者号探测器的一次近距离测量，在35万千米处拍下5张高分辨率的照片。照片上土卫六展现出美丽的桔红色的星体，像一个熟透了的桔子。更重要的是收到的数据资料，改写了土卫六原来5800千米的直径，实际直径应为5150千米，迫不得已地把“卫星之王”的桂冠转让给了木星的卫星木卫三，屈居第二。这并没有影响它的地位，科学家们一直对土卫六很感兴趣，原因在于它是卫星中唯一有大气存在的天体。大气的主要成分是氮，约占98%，甲烷占1%，其余的碳氢化合物在大气中所占比例非常小，大气层厚度约为2700千米。土卫六的表面温度很低，在-190℃～-210℃之间，使之形成了美丽的液氮海洋。
虽然我们看不到土卫六的表面，但旅行者号探测器为我们提供的资料显示：土卫六是太阳系中的又一个奇异世界，黑暗寒冷的表面，液氮的海洋，暗红的天空，偶尔洒下几点夹杂着碳氢化合物的氮雨等。这些是人类了解生命起源和各种化学反应的理想之处。
从惠更斯发现土卫六以来，至今已有300多年的历史，土卫六仍是一个待解之谜。要想对土卫六有更深刻的认识，还需要人类不断地进行探索。
天文学家们为什么特别看重土卫六呢？因为土卫六“天资”出众，所以受到天文学家们的青睐和器重。土卫六与众不同的“天资”表现在如下方面：
首先，土卫六的直径约为5150公里，在卫星世界中居第二位，比冥王星大许多，跟水星的个头儿差不多。它的质量是月球质量的1.8倍，平均密度为每立方厘米1.9克，约为地球密度的1/3，引力则为地球的14%。
土卫六与土星的平均距离为122万公里，沿着近乎正圆形的轨道绕土星运动。它像月球一样，总以同一面向着自己的行星——土星。也就是说，如果在土星上看土卫六的话，永远只能看到土卫六的同一个半面。它的轨道基本上在土星赤道面内。你可以想一想，土卫六这么大的天体，沿着大约122万公里的半径，居然运动在近乎正圆的轨道上，这真是有点难以想象的事。如果让我们专门画这样一个圆，恐怕也是不容易办到的。足见天体演化中的自然奇观。
第二，1944年，美籍荷兰天文学家柯伊伯对土卫六进行了系统的分光观测研究，发现土卫六上有甲烷气体，从而确认土卫六上有浓密的大气层。至今土卫六仍是太阳系内已知的100多颗卫星中唯一有大气的卫星，这怎能不受到天文学家们的特别偏爱呢？
第三，根据土卫六的运动特征、物理状况和化学成分，天文学家们判定土卫六是和土星一起演化形成的，属于稳定卫星，不可能是土星后来捕获的小天体。一些天文学家曾一度将土卫六的质量、体积、表面重力、表面温度、大气成分、水和冰的含量、自转和公转等天体特征和天体环境与地球进行比较，目的是想从中获取有关早期生命物质演化的蛛丝马迹。
其他天体上有没有生命的繁衍？这个问题一直萦绕在天文学家们的脑际。土卫六的发现者惠更斯在《天体奇观，关于其他行星上的居民、植物及其世界的猜想》一书中写道：如果我们认为这些天体上除了无边无际的荒凉之外，一无所有……
甚至进一步认为那里根本不可能存在高级生物，那么我们无异就贬低了它们，而这是非常不合情理的。诚然，判断哪个天体上有没有生命，这是一个十分严肃的科学问题。从现代的科技水平来看，恐怕过于乐观是不现实的，然而过于悲观也是没有根据的，实践是检验真理的唯一标准。至于土卫六上的生命信息，至今仍是个不容乐观的谜，但是一定会在不断探测的实践中得到解决。
从地球上看去，土卫六是一颗8.4等星。凭眼睛直接看是绝对看不到的。用较好的天文望远镜观测它，也只能看到一个小小的红点似的盘状体。为什么是这个颜色呢？有人认为这可能是因为土卫六上存在着复杂的有机分子。当然，完全依靠地面观测是解决不了这类问题的，只能是“纸上谈兵”。
随着宇航事业的飞速发展，行星际探测器取得了空前的成果。截止2013年，亲自探测过土卫六的行星际飞船***有三个。它们是美国发射的“先驱者11号”和“旅行者1号”，以及欧洲的“惠更斯号”。
1979年9月1日，“先驱者11号”飞掠土星，考察了土卫六。不过，当“先驱者11号”考察土卫六时，正赶上一阵强烈的太阳风，严重地影响了发回的信息。地面控制中心只收到它在35万公里处拍下的5张高分辨率的照片。在照片上，土卫六呈现美丽的桔红色，像熟透了的桔子。“旅行者1号”于1980年11月11日飞临土卫六，探测取得完满的成功。就是这次，测得土卫六的直径为4828公里，而不是过去认为的5550公里。
“旅行者1号”对土卫六的考察结果表明，土卫六确有浓厚的大气层，约有2700公里厚，比地球大气密度还高。大气的主要成分是氮气，占98%，甲烷占 1%，还有少量的乙烷和氢等。金星、地球和火星的大气中也都有氮气，但是都没有土卫六这么多得惊人。
“旅行者1号”还发现土卫六大气呈雾状。浓密的雾层使阳光不能照到土卫六的表面，影响了“旅行者1号”对土卫六表面的观测。同时，也有的科学家根据“旅行者1号”的观测资料，认为土卫六大气中充满甲烷。
为了进一步研究土卫六大气和生命的关系，美国康奈尔大学的行星物理学家卡尔·萨根等人，做了土卫六大气模拟实验。研究者认为，土卫六上含有大量氮气的大气层，产生了各种各样的生命前的化学物质。萨根指出：“早期的地球上可能也曾发生过类似的过程。但在土卫六上发生的生命前化学过程，因为那里的温度远低于水的冰点，大概是不会有生命的。”
说到这里，你有没有想到：为什么在卫星中只有土卫六有如此丰富的大气层呢？这一直是行星物理学家们在思索的问题。有人认为，这可能是土卫六表面温度高到足以维持相当数量的甲烷和氨气，以保持与其表面的冰相平衡。也可能是土卫六上的冰含有甲烷和氨，在土卫六的温度下容易形成大气。第三种可能是土卫六大气不会像受木星强磁场那样，使大气跑掉。第四种可能是土卫六的质量大，能经受内部的分化，分化出的冰向表面集中，它的引力足以使大部分的气体不至跑掉。
迄今只有先驱者11号、旅行者1号和2号以及卡西尼-惠更斯号四个探测器飞临土星进行过探测土星的活动。1979年9月1日，先驱者11号经过6年半的太空旅程，成为第一个造访土星的探测器。它在距离土星云顶20200千米的上空飞越，对土星进行了10天的探测，发回第一批土星照片。先驱者11号不仅发现了两条新的土星光环和土星的第11颗卫星，而且证实土星的磁场比地球磁场强600倍。9月2日第二次穿过土星环平面，并利用土星的引力作用拐向土卫六，从而探测了这颗可能孕育有生命的星球。
1980年11月12日，旅行者1号从距离土星12600千米的地方飞过，一***发回1万余幅彩色照片。这次探测不仅证实了土卫十、十一、十二的存在，而且又发现了3颗新的土星小卫星。当它距离土卫六不到5000千米的地方飞过时，首次探测分析了这颗土星的最大卫星的大气，发现土卫六的大气中既没有充足的水蒸气，其表面也没有足够数量的液态水。
1981年8月25日，旅行者2号从距离土星云顶10100千米的高空飞越，传回18000多幅土星照片。探测发现，土星表面寒冷多风，北半球高纬度地带有强大而稳定的风暴，甚至比木星上的风暴更猛。土星也有一个大红斑，长8000千米，宽6000千米，可能是由于土星大气中上升气流重新落入云层时引起扰动和旋转而形成的。土星光环中不时也有闪电穿过，其威力超过地球上闪电的几万倍乃至几十万倍。它再次证实，土星环有7条。土星环是由直径为几厘米到几米的粒子和砾石组成，内环的粒子较小，外环的粒子较大，因粒子密度不同使光环呈现不同颜色。每一条环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。旅行者2号发现了土星的13颗新卫星，使土星的卫星增至23颗。它考察了其中的9颗卫星，发现土卫三表面有一座大的环形山，直径为400千米，底部向上隆起而呈圆顶状，还有一条巨大的裂缝，环绕这颗卫星几乎达3/4周；土卫八的一个半球为暗黑，另一个半球则十分明亮；土卫九的自转周期只有9~10小时，与它的公转周期550天相去甚远；土卫六的实际直径为4828千米，而不是原来认为的5800千米，是太阳系行星中的第二大卫星，它有黑暗寒冷的表面、液氮的海洋、暗红的天空，偶尔洒下几点夹杂着碳氢化合物的氮雨等，这是人类了解生命起源和各种化学反应的理想之处。
为了进一步探测土星和揭开土卫六的生命之谜，美国与欧空局联合研制了价值连城的卡西尼号土星探测器。1997年10月15日这个探测器发射升空，开始为期7年的漫长旅途。它预计2004年飞临附近空间，开展长达4年的环土星就近探测，并首次实现在土星的最大卫星土卫六上着陆，进行实地考察。卡西尼号直径约2.7米，总重达6吨，由轨道探测器和着陆器组成。其轨道探测器取名卡西尼号，装有12种探测仪器；着陆器取名惠更斯号，装有6台科学仪器。为了加快奔向土星的飞行速度，卡西尼号于1998年4月飞掠金星，获得第一次加速。随后它绕太阳公转一周，于1999年6月再次飞掠金星，获得第二次加速。同年8月，它在地球附近飞过，获得第三次加速。之后，卡西尼号探测器将于2000年12月飞掠木星，得到最后一次加速。它定于2004年7月飞抵目的地与土星会合，进入环绕土星运行的轨道。同年11月，惠更斯号着陆器将脱离卡西尼号探测器飞向土卫六，穿过其云层，在土卫六上软着陆，然后将探测到的数据通过环土飞行的卡西尼号轨道器传回地球。卡西尼号进入环土星轨道后的任务是：环土星飞行74圈，就地考察土星大气、大气环流动态，并多次飞临土星的多颗卫星，其中飞掠土卫六近旁45次，用雷达透过其云气层绘制土卫六表面结构图，预计可发回近距离探测土星、土星环和土卫家族的图像50万帧。惠更斯号将成为第一个在一颗大行星的卫星上着陆的探测器。它将在2.5小时的降落过程中，用所带仪器分析土卫六的大气成分，测量风速和探测大气层内的悬浮粒子，并在着陆后维持工作状态1小时，揭示土卫六上是否有水冰冻结的海洋和是否存在某种形态的生命。它所收集到的数据和拍摄的图像通过卡西尼号探测器传回地球
这颗令人神往的土卫六表面是什么样子呢？应该说至今还没有直观的资料。科学家们做过多种可能的推测，科学幻想小说家们对土卫六的描述，更是笔下生辉。然而，一切都必须尊重科学。
根据土卫六大气中那么多氮气，同时土卫六表面温度又比地球低得多，约在-201～-190℃之间，以及土卫六的体积和质量等，有的科学家推测它的内部物理状况及表面特征，并首先寻找土卫六上的岩石和冰的比例关系。有人估算土卫六上的岩石物质约占它总质量的55%，其余为冰；土卫六表面是寒冷的液态海洋，海洋中70%是乙烷，25%是甲烷，5%是熔解氮，整个液态海洋约有1公里厚，包围着土卫六。1989年6月4～5日，从地球上向土卫六进行了雷达探测，结果表明土卫六上也可能有陆区。
“旅行者1号”还发现土卫六的南北两半球的明暗有差异：南半球明亮，北半球暗淡。这是什么原因造成的呢？可能是土卫六上南北不同季节引起的。“旅行者1号”拜访时，土卫六北半球正好是春季的开始。不过，也有人认为这可能是土星磁层对土卫六的影响。总之，这还解释不清楚。土卫六大气吸光能力很强，可吸收落在它上面的阳光约80%。这些热量大部分被大气中的雾粒和甲烷气体吸收，也许只有5%～10%的阳光能到达土卫六的表面。
从惠更斯发现土卫六起，300多年来，关于土卫六的不解之谜似乎越来越多。其实这是不奇怪的，这表明我们的认识越来越深刻。伟大的波兰天文学家哥白尼有一句名言：“人的天职是勇于探索。” 土卫四和土卫五的某些地域非常坑坑洼洼，另一些地方则平坦得多。表面的白色条状表明在这两颗卫星上曾经有水冒出。土星众多卫星中，最令我们感兴趣的是土卫六－－太阳系中最大的卫星之一。旅行者号的科学家惊奇地发现，它有一层厚厚的~大气层~－－密度比地球大气层高百分之六十。土卫六非常寒冷，表面温度约为零下150℃。在这样的温度条件下，甲烷以气态、液态、固态三种状态同时存在。行星学家克拉克·查普曼这样说道：土卫六上的甲烷可能会象地球上0℃的水。穿过北极的淤泥地带，可隐约见到土卫六的表面景观……由甲烷和氨冰块组成的岩石大多数被埋在一种粘性的油层之下。长时期内来自柏油烟雾的微小尘埃粒子不断聚集……土卫六浓稠的液态甲烷与海洋被甲烷冰雾令人窒息的雾霭所遮挡。 极小的土卫一有一个创痕，那是太阳系中最明显的创痕之一。一个巨大的~陨石坑~显示出它曾受过一次几乎将其一分为二的重创。重创之下的这个巨大陨石坑直径约为整个星球的三分之一。它的表面是如此的坑坑洼洼，使得冰层被切成了片片碎块。在它的表面上行走，宛如走在一个巨大的雪锥之上。
有一个断层系统以及从未受过陨石冲击的大区域。陆潮受热可能在重建表面的过程中发挥了重大作用。这种活动似乎就发生在这个世纪，这也可以用来解释它的表面为何光彩夺目。土卫二几乎反射所有的光线，其冰冻的表面可能会被来自内部的水不断覆盖。卡西尼号探测器在探测时发现其南极有冲天的冰喷泉，为E环主要物质来源，且喷气推进实验室认为，土卫二很可能存在生命。
土卫八一侧很亮，另一侧很暗。亮的那侧能将大约一半照射到的光反射出去，而另一侧几乎一片黑暗。黑色物质里可能包含着有机碳－－生命必需的组成成分之一。
土卫七看上去象是较大物体的一个碎块。它不规则的形状和极度坑坑洼洼的表面使它看似一个稍大的小行星。这颗卫星的碎片可能已进入了土星光环。
土卫三也是从明显的宇宙暴力之中幸存下来的。一条巨大的沟壑从卫星的一端伸展到另一端。这个长狭谷看起来是由内部力量而引起的。它内部凝固和膨胀的压力使其表面产生裂缝。科学家们无法解释一个至少百分之八十由水冰组成的卫星是如何经受住这样的地质活动的。
“旅行者号”探测器的探索结果使人们深信那曾经支配了土星早期历史的猛力作用。土星卫星看起来象是无尽爆炸袭击的幸存者。它们明亮的冰封表面受到了无数陨石的创伤。但是这些卫星中有一个与早期的地球非常相似。也许某一天，有着浓厚大气层的土卫六能够进化出顽强的生命。
在宇宙飞船探测土星之前，人们知道土星有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公里处掠过，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***23颗。距土星最近的是土卫十五，它与土星的距离为13.7万公里，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公里；最远的是土星九，平均距离约1293万公里，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。土卫九的轨道面与上星赤道面的交角为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一条轨道上；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。