土星

土星

カッシーニ探査機が撮影した土星とその目立つ環[a]
指定
発音	/ ˈ s æ t ər n / ⓘ [1]
名前の由来	土星
形容詞	土星人/ s ə ˈ t ɜːr n i ə n / , [2]クロニアン[3] / クロニアン[4] / ˈ k r oʊ n i ə n / [5]
シンボル
軌道特性[6]
エポック J2000.0
遠日点	1,514.50百万km（10.1238AU）
近日点	1,352.55百万km（9.0412AU）
半長軸	1,433.53百万km（9.5826AU）
偏心	0.0565
軌道周期（恒星）	29.4475 年 10,755.70 日 24,225土星太陽日[7]
軌道周期（朔望周期）	378.09日
平均軌道速度	9.68 km/秒
平均異常	317.020° [8]
傾斜	黄道から2.485° [8] 太陽の赤道まで5.51° [8] 不変面に対して0.93° [9]
昇交点の経度	113.665°
近日点通過時刻	2032年11月29日[10]
近日点の議論	339.392° [8]
既知の衛星	正式な名称を持つものは146個、その他に無数の小衛星がある。[11] [12]
身体的特徴[6]
平均半径	58 232  km [b] 9.1402 地球
赤道半径	60 268  km [b] 9.449地球
極半径	54 364  km [b] 8.552 地球
平坦化	0.097 96
周	365,882.4 km (赤道) [ 13]
表面積	4.27 × 10 10  km 2 [14] [b] 83.703 地球
音量	8.2713 × 10 14  km 3 [b] 763.59 地球
質量	5.6834 × 10 26  kg 95.159 地球
平均密度	0.687 g/cm3 [ c] 0.1246地球
表面重力	10.44  m/s 2 1.065  g 0 [b]
慣性モーメント係数	0.22 [15]
脱出速度	35.5 km/s [速度]
朔望周期	10時間32分36秒; 10.5433時間[16] 10時間39分; 10.7時間[7]
恒星回転周期	10時間33分38秒 + 1分52秒 − 1分19秒 [17] [18]
赤道回転速度	9.87 km/s [バ]
軸傾斜	26.73° （軌道まで）
北極赤経	40.589°; 2時間42分21秒 [19]
北極の偏角	83.537° [19]
アルベド	0.342 (ボンド) [20] 0.499 (幾何) [21]
表面温度 分 平均 最大 1バール 134 キロ 0.1バール 88K [22] 97K [23] 151K [22]
見かけの等級	−0.55 [24]から +1.17 [24]
絶対等級 （H）	−9.7 [25]
角直径	14.5インチ～20.1インチ（リングを除く）
雰囲気[6]
表面圧力	140kPa [26]
スケールの高さ	59.5キロ
体積構成	96.3% ± 2.4% 水素 3.25% ± 2.4% ヘリウム 0.45% ± 0.2% メタン アンモニア0.0125% ± 0.0075% 0.0110% ± 0.0058% 重水素 0.0007% ± 0.00015% エタン 氷のような揮発性物質: アンモニア 水氷 硫化アンモニウム

土星は太陽から6番目の惑星で、太陽系では木星に次いで2番目に大きい惑星です。土星はガス惑星で、平均半径は地球の約9倍です。^{[27] [28]}平均密度は地球の8分の1ですが、質量は地球の95倍以上です。^{[29] [30] [31]土星は木星とほぼ同じ大きさですが、質量は木星の3分の1以下です。土星は9.59} AU（14億3400万 km）の距離を太陽の周りを公転しており 、公転周期は29.45年です。

土星の内部は岩石の核と、それを取り囲む金属水素の深層、液体水素と液体ヘリウムの中間層、そして外層のガスで構成されていると考えられている。土星は上層大気のアンモニア結晶のために淡い黄色を帯びている。金属水素層の電流が土星の惑星磁場を発生させると考えられている。土星の磁場は地球よりも弱いが、土星は地球より大きいため、磁気モーメントは地球の580倍である。土星の磁場の強さは木星の約20分の1である。^[32]外大気は一般的に単調でコントラストに欠けるが、長寿命の特徴が現れることがある。土星の風速は時速1,800キロメートル（時速1,100マイル）に達することがある。

土星には明るく広大な環があり、主に氷の粒子で構成され、少量の岩石の破片や塵も含まれています。少なくとも146個の衛星^[33]が土星の周りを回っており、そのうち63個が正式に命名されています。これらには環にある数百の小衛星は含まれていません。土星最大の衛星であり、太陽系で2番目に大きい衛星であるタイタンは、水星よりも大きく（そして質量は小さく） 、太陽系で唯一、大気圏を持つ衛星です。^[34]

土星は、ローマ神話の富と農業の神、木星の父にちなんで名付けられました。その天文学上の記号 （) は、ギリシャのオクシリンコス・パピルスにまで遡り、水平線を引いたギリシャのkappa - rho合字として、惑星のギリシャ名であるΚρονος ( Cronus )の略語として使用されていることがわかります(^[35]その後、この文字はギリシャ語の小文字の「エタ」に似たものとなり、16世紀にこの異教のシンボルをキリスト教化するために上部に十字架が追加されました。

ローマ人は土星にちなんで、週の7日目である土曜日をSāturni diēs （土星の日）と名付けた。 ^[36]

土星はガス惑星で、主に水素とヘリウムで構成されています。明確な表面はありませんが、固体の核があると思われます。^[37]土星は自転により扁平な球体、つまり両極が平らで赤道が膨らんだ球体になります。赤道半径は極半径より10%以上大きく、60,268 km対54,364 km (37,449 mi対33,780 mi) です。^[6]太陽系の他の巨大惑星である木星、天王星、海王星はそれほど扁平ではありません。膨らみと自転速度の組み合わせにより、赤道に沿った有効表面重力は、8.96 m/s ^{2 は}、極の74%であり、地球の表面重力よりも低い。しかし、赤道脱出速度は、ほぼ36 km/sは地球よりもはるかに速い速度です。^[38]

土星は太陽系で唯一、水よりも密度が低い惑星です。密度は約30%低いです。^[39]土星の核は水よりもかなり密度が高いですが、惑星の平均比密度は0.69 g/cm ^{3 で}、大気の影響によるものです。木星の質量は地球の318倍です^[40]。土星の質量は地球の95倍です^[6] 。木星と土星を合わせると、太陽系の惑星の総質量の92%を占めます^{[41] 。}

土星の質量のほとんどは水素とヘリウムで構成されているにもかかわらず、水素は密度が100万を超えると非理想的な液体になるため、気 相ではありません。0.01 g/cm ³で、土星の質量の99.9%を含む半径でこの値に達します。土星内部の温度、圧力、密度はすべて中心核に向かって着実に上昇し、深層では水素が金属になります。^[41]

標準的な惑星モデルによれば、土星​​の内部は木星と似ており、小さな岩石の核が水素とヘリウムに囲まれ、微量のさまざまな揮発性物質が含まれていると示唆されている。^[42]歪みの分析により、土星は木星よりも中心部がかなり凝縮しており、そのため中心近くに水素よりも密度の高い物質がはるかに多く含まれていることがわかった。土星の中心部は質量の約50%が水素で、木星の中心部は約67%が水素である。^[43]

この核は地球と組成が似ているが、より密度が高い。土星の重力モーメントの調査と内部の物理モデルを組み合わせることで、土星の核の質量に制約を設けることができるようになった。2004年に科学者らは、核の質量は地球の9～22倍でなければならないと推定した。 ^{[44] [45]}これは直径約25,000 km (16,000 mi) に相当する。^[46]しかし、土星の環の測定では、核ははるかに拡散しており、質量は地球約17個分、半径は土星全体の半径の約60%に等しいことが示唆されている。^[47]この周囲は、より厚い液体金属水素層に囲まれており、その下にヘリウムで飽和した分子水素の液体層が続く。この層は高度が上がるにつれて徐々にガスに変化する。最外層は約1,000 km (620 mi) に及び、ガスで構成されている。^{[48] [49] [50]}

土星は内部が高温で、中心核の温度は 11,700 °C (21,100 °F) に達し、太陽から受けるエネルギーの 2.5 倍ものエネルギーを宇宙に放射している。木星の熱エネルギーは、ゆっくりとした重力圧縮によるケルビン・ヘルムホルツ機構によって生成されるが、土星は木星より質量が小さいため、このメカニズムだけでは土星の熱生成を説明できない可能性がある。代わりの、あるいは追加のメカニズムとしては、土星内部の奥深くでヘリウムの液滴が「降り注ぐ」ことによる熱生成が考えられる。液滴が密度の低い水素の中を下降すると、摩擦によって熱が放出され、土星の外層からヘリウムが枯渇する。^{[51] [52]}これらの下降する液滴は、中心核を取り囲むヘリウム殻に蓄積した可能性がある。^[42]ダイヤモンドの降雨は土星だけでなく、木星^[53]や氷の巨星である天王星と海王星^{[54]でも起こると示唆されている。}

土星の外層大気は、体積比で96.3%の水素分子と3.25%のヘリウムで構成されています。^[55]ヘリウムの割合は、太陽のこの元素の存在量と比較すると大幅に不足しています。 ^[42]ヘリウムより重い元素の量（金属量）は正確にはわかっていませんが、その割合は太陽系の形成からの原始的な存在量と一致すると想定されています。これらの重い元素の総質量は地球の19～31倍と推定されており、その大部分は土星の核領域にあります。^[56]

土星の大気中には、微量のアンモニア、アセチレン、エタン、プロパン、ホスフィン、メタンが検出されている。^{[57] [58] [59]}上層の雲はアンモニア結晶で構成され、下層の雲は硫化アンモニウム（NH ₄ SH）または水で構成されていると思われる。^[60] 太陽からの紫外線は上層大気でメタンの光分解を引き起こし、一連の炭化水素化学反応を引き起こし、その結果生じた生成物は渦と拡散によって下方に運ばれる。この光化学サイクルは、土星の年間季節サイクルによって調整されている。^[59] カッシーニは、北半球の緯度で「真珠の首飾り」と呼ばれる一連の雲の特徴を観測した。これらの特徴は、より深い雲層にある雲の晴れ間である。^[61]

土星の大気は木星に似た縞模様を呈しているが、土星の帯ははるかに薄く、赤道付近でははるかに幅が広い。これらの帯を記述するために使用される命名法は木星の場合と同じである。土星のより細かい雲のパターンは、 1980年代のボイジャー宇宙船のフライバイまで観測されなかった。それ以来、地球ベースの望遠鏡は定期的に観測できるレベルまで改善された。^[62]

雲の組成は、深さと圧力の上昇とともに変化する。上層の雲層では、温度は 100～160 K、圧力は 0.5～2 barで、雲はアンモニア氷で構成されている。水氷雲は、圧力が約 2.5 bar のレベルで始まり、温度が 185～270 K の 9.5 bar まで広がる。この層には、圧力範囲 3～6 bar、温度 190～235 K の硫化アンモニウム氷の帯が混ざっている。最後に、圧力が 10～20 bar、温度が 270～330 K の下層には、アンモニアが水溶液になった水滴の領域が含まれる。^[63]

土星の通常は無味乾燥な大気は、時折、長寿命の楕円形や木星によく見られる他の特徴を示す。1990年、ハッブル宇宙望遠鏡は、ボイジャーの遭遇時には存在しなかった土星の赤道近くの巨大な白い雲を撮影し、1994年には別の小規模な嵐が観測された。1990年の嵐は、大白斑の一例であり、大白斑は土星年に1回、地球ではおよそ30年に1回、北半球の夏至の頃に発生する短命の現象である。^[64]以前の大白斑は1876年、1903年、1933年、1960年に観測されており、1933年の嵐が最もよく観測された。^[65]最新の巨大嵐は2010年に観測された。2015年、研究者らは超大型干渉電波望遠鏡を使用して土星の大気を研究し、「中緯度の巨大嵐の長期にわたる痕跡、数百年前の赤道嵐の混合、そして北緯70度にある報告されていないより古い嵐の可能性」を発見したと報告した。^[66]

土星の風は、太陽系の惑星の中で海王星に次いで2番目に速い。ボイジャーのデータによると、東風のピークは500 m/s（1,800 km/h）である。^{[67] 2007年の}カッシーニ宇宙船の画像では、土星の北半球は天王星に似た明るい青色を呈していた。この色はレイリー散乱によるものと考えられる。^[68] サーモグラフィーでは、土星の南極には暖かい極渦があることが示されており、太陽系でこのような現象が知られている唯一の例である。^[69]土星の気温は通常-185 °Cであるが、渦の温度は-122 °Cに達することが多く、土星で最も暖かい場所であると考えられている。^[69]

北緯約78度の北極渦の周囲に残る六角形の波模様は、ボイジャーの画像で初めて確認された。^{[70] [71] [72]}六角形の各辺の長さは約14,500 km (9,000 mi)で、地球の直径よりも長い。^[73]構造全体は10^時間39^分24^秒の周期で回転しており(惑星の電波放射の周期と同じ)、これは土星内部の自転周期と等しいと推定されている。^[74]六角形の特徴は、目に見える大気中の他の雲のように経度がシフトしない。^[75]この模様の起源についてはさまざまな憶測が飛び交っている。ほとんどの科学者は、これが大気中の定在波模様だと考えている。多角形は、流体の差動回転によって実験室で再現されている。^{[76] [77]}

HSTによる南極地域の画像では、ジェット気流の存在が示されていますが、強い極渦や六角形の定在波は見られません。^[78] NASAは2006年11月に、カッシーニが南極に固定された「ハリケーンのような」嵐を観測し、その嵐には明確に定義された眼壁があったと報告しました。^{[79] [80]}眼壁の雲は、これまで地球以外の惑星では見られませんでした。たとえば、ガリレオ宇宙船からの画像では、木星の大赤斑に眼壁は見られませんでした。^[81]

南極の嵐は数十億年にわたって存在していた可能性がある。^[82]この渦は地球の大きさに匹敵し、風速は550 km/hである。^[82]

土星には、単純で対称的な形状の磁気双極子を持つ固有磁場がある。赤道での磁場の強さは0.2 ガウス（20μT  ）で、木星の磁場の約20分の1であり、地球の磁場よりもわずかに弱い。^[32]その結果、土星の磁気圏は木星の磁気圏よりもはるかに小さい。^[83]

ボイジャー2号が磁気圏に入ったとき、太陽風の圧力は高く、磁気圏は土星の半径の19倍、つまり110万km（684,000マイル）しか広がっていなかったが^[84]、数時間以内に拡大し、約3日間その状態が続いた。^[85]おそらく、磁場は木星の磁場と同様に、金属水素ダイナモと呼ばれる液体金属水素層内の電流によって生成される。^{[83]この磁気圏は、}太陽風の粒子を太陽から逸らすのに効果的である。衛星タイタンは土星の磁気圏の外側部分を周回しており、タイタンの外層大気のイオン化粒子からプラズマを供給している。 ^{[32]土星の磁気圏は、}地球の磁気圏と同様にオーロラを生成する。^[86]

土星と太陽の平均距離は14億キロメートル（9AU  ）以上です。平均公転速度は9.68km/sで、^[6]土星が太陽を一周するのに10,759地球日（約29+土星は太陽の周りを一周するのに約1 ⁄ 2 年^{かかります[87] 。 [6]}その結果、木星とほぼ5:2の平均運動共鳴を形成します。 ^[88]土星の楕円軌道は、地球の軌道面に対して2.48°傾いています。 ^[6]近日点と遠日点の距離は、平均でそれぞれ9.195 AUと9.957 AUです。 ^{[6] [89]}土星の目に見える特徴は緯度に応じて異なる速度で回転し、複数の自転周期がさまざまな領域に割り当てられています（木星の場合のように）。

天文学者は土星の自転速度を指定するために3つの異なるシステムを使用している。システムIは10^時間14^分00^秒（844.3°/日）の周期を持ち、赤道帯、南赤道帯、北赤道帯を含む。極地はシステムIと同様の自転速度を持つと考えられている。北極と南極を除く土星の他のすべての緯度はシステムIIとして示され、 10^時間38^分25.4^秒（810.76°/日）の自転周期が割り当てられている。システムIIIは土星の内部自転速度を指す。ボイジャー1号とボイジャー2号によって検出された惑星からの電波放射に基づくと、^[90]システムIIIの自転周期は10^時間39^分22.4^秒（810.8°/日）である。システムIIIはシステムIIにほぼ取って代わった。^[91]

内部の自転周期の正確な値は依然として不明である。2004年に土星に接近した際、カッシーニは土星の電波自転周期が約10^時間45^分45^秒 ± 36^秒まで大幅に増加していることを発見した。^{[92] [93]}カッシーニ、ボイジャー、パイオニア探査機によるさまざまな測定結果をまとめた土星の自転速度（土星全体の自転速度として）の推定値は10^時間32^分35^秒である。^[94]土星のCリングの研究では、自転周期は10^時間33^分38^{秒であることが判明している。 + 1分52秒}
_{− 1^分19^秒} . ^{[17] [18]}

2007年3月、惑星からの電波放射の変動が土星の自転速度と一致していないことが判明した。この変動は、土星の衛星エンケラドゥスの間欠泉活動によって引き起こされた可能性がある。この活動によって土星の軌道に放出された水蒸気は帯電し、土星の磁場に抵抗を生じさせ、惑星の自転に対して土星の自転をわずかに遅くする。^{[95] [96] [97]}

土星の奇妙な点は、トロヤ群小惑星が知られていないことである。トロヤ群小惑星は、太陽の軌道に沿って惑星に対して60°の角度にある、L4およびL5と呼ばれる安定した_{ラグランジュ}点_を周回する小惑星である。トロヤ群小惑星は、火星、木星、天王星、海王星で発見されている。永年共鳴を含む軌道共鳴メカニズムが、土星のトロヤ群小惑星が見つからない原因であると考えられている。^[98]

土星には146の衛星が知られており、そのうち63に正式な名前が付けられている。^{[12] [11]}他には直径3km（2マイル）を超える不規則衛星が100 ± 30個ある。 ^[99]さらに、土星の環には直径40～500メートルの小衛星が数十から数百個あるという証拠があるが^[100] 、これらは真の衛星とは考えられていない。最大の衛星タイタンは、環を含めて土星の周りを公転する質量の90％以上を占めている。^[101]土星で2番目に大きい衛星レアは、希薄な大気とともに、希薄な環系を持っている可能性がある。^{[102] [ 103] [104] [105]}

その他の衛星の多くは小さく、そのうち131個は直径50km未満である。^{[106]伝統的に、土星の衛星のほとんどはギリシャ神話の}タイタンにちなんで名付けられてきた。タイタンは太陽系で唯一、大規模な大気を持つ衛星であり、^{[107] [108]}その中で複雑な有機化学反応が起こる。また、炭化水素湖を持つ唯一の衛星でもある。^{[109] [110]}

2013年6月6日、IAA-CSICの科学者らは、タイタンの上層大気中に多環芳香族炭化水素が検出されたと報告した。これは生命の源となる可能性がある。^{[111] 2014年6月23日、NASAは、タイタンの大気中の}窒素はオールトの雲の物質に由来し、彗星と関連しており、土星を形成した物質に由来するものではないという強力な証拠があると主張した。^[112]

土星の衛星エンケラドゥスは、化学組成が彗星に似ているようで、^[113]微生物の潜在的な生息地であると考えられてきた。^{[114] [115] [116] [117]}この可能性の証拠として、衛星の塩分を多く含む粒子が「海のような」組成をしていることが挙げられ、これはエンケラドゥスから噴出した氷のほとんどが、液体の塩水の蒸発から来ていることを示す。^{[118] [119] [120]} 2015年にカッシーニがエンケラドゥスの噴煙を通過した際に、メタン生成によって生きる生命体を維持するための成分のほとんどが発見された。^[121]

2014年4月、NASAの科学者たちは、2013年4月15日にカッシーニによって撮影されたAリング内に新しい衛星が形成され始めた可能性があると報告した。^[122]

土星は、見た目にユニークな惑星環のシステムで最もよく知られている。^[49]環は土星の赤道から外側に6,630〜120,700キロメートル（4,120〜75,000マイル）に広がり、平均約20メートル（66フィート）の厚さである。環は主に水の氷で構成されており、微量のソリン不純物と約7％の非晶質炭素が散らばっている。^[123]環を構成する粒子の大きさは、塵の粒から最大10メートルに及ぶ。^[124]他の巨大ガス惑星にも環システムがあるが、土星の環は最大で、最も目立つ。

リングの年齢については議論がある。一方の説では、リングは古く、土星と同時に元の星雲物質から生成された（約46億年前）^{[125] 、または}LHBの直後（約41億年から38億年前）であると主張している。^{[126] [127]}もう一方の説では、リングははるかに新しく、約1億年前に生成されたと主張している。^{[128]後者の説を支持する}MITの研究チームは、リングは土星の破壊された衛星「クリサリス」の残骸であると提唱した。^[129]

主リングの外側、惑星から1200万km（750万マイル）離れたところに、まばらなフェーベリングがある。フェーベリングは他のリングに対して27°の角度で傾いており、フェーベリングと同様に逆行軌道を描いている。^[130]

土星の衛星の中には、パンドラやプロメテウスなどがあり、環を閉じ込めて広がるのを防ぐ羊飼い衛星として機能している。 ^[131] パンとアトラスは土星の環に弱い線状の密度波を引き起こし、環の質量をより確実に計算できるようになった。^[132]

2023年9月、天文学者は土星の環は「数億年前」の2つの衛星の衝突によって生じた可能性があることを示唆する研究結果を報告した。^{[133] [134]}

2007 年 5 月 9 日に撮影された、土星の D、C、B、A、F リング (左から右) の照らされていない側をカッシーニ狭角カメラで撮影した画像の自然色のモザイク (距離は惑星の中心まで)。

土星の観測と探査は、(1)近代以前の肉眼による観測、(2)17世紀に始まった地球からの望遠鏡による観測、(3)軌道上またはフライバイによる宇宙探査の3つの段階に分けられます。21世紀には、地球（ハッブル宇宙望遠鏡のような地球周回天文台を含む）からの望遠鏡による観測と、2017年に引退するまで土星を周回するカッシーニ探査機による観測が継続されています。

土星は先史時代から知られており、^[135]有史以前の初期には様々な神話の主要人物であった。バビロニアの天文学者は土星の動きを体系的に観測し記録した。^{[136]古代ギリシャでは、この惑星は}Φαίνων ファイノンとして知られており、^[137]ローマ時代には「土星の星」として知られていた。^[138]古代ローマ神話では、惑星ファイノンはこの農業の神に捧げられたものであり、この惑星は現代の名前をそこから得ている。^{[139]ローマ人はサトゥルヌス神を}ギリシャの神 クロノスと同等とみなした。現代ギリシャ語では、この惑星はクロノスという名前を保持している— Κρόνος : Kronos。^[140]

ギリシャの科学者プトレマイオスは、土星が衝にある間に観測したデータに基づいて土星の軌道を計算した。^[141]ヒンドゥー占星術では、ナヴァグラハと呼ばれる9つの占星術上の天体がある。土星は「シャニ」として知られ、人生で行った善行と悪行に基づいてすべての人を裁く。^{[139] [141]}古代中国と日本の文化では、土星を「地球の星」（土星）と呼んでいた。これは、伝統的に自然界の要素を分類するために使用されていた五行に基づいていた。^{[142] [143] [144]}

ヘブライ語では、土星はシャバタイと呼ばれています。^[145]その天使はカシエルです。その知性または有益な霊はアグシュル（ヘブライ語：אגיאל、ローマ字：  ʿAgyal）です。^[146]そしてその暗い霊（悪魔）はズズル（ヘブライ語：זאזל、ローマ字：  Zazl）です。^{[146] [147] [148]ザゼルは、}ソロモンの魔術で呼び出される「愛の呪文に効く」偉大な天使として描写されています。^{[149] [150]}オスマントルコ語、ウルドゥー語、マレー語では、ザゼルの名前は「ズハル」であり、アラビア語（アラビア語：زحل、ローマ字：  Zuhal）に由来しています。^[147]

土星の環を解像するには少なくとも直径15mmの望遠鏡が必要であり^{[151 ]、}クリスティアーン・ホイヘンスが1655年に環を発見し、1659年に発表するまで、環の存在は知られていなかった。ガリレオは1610年に原始的な望遠鏡で^{[152] [153]、}土星が丸く見えないのは土星の側面に2つの衛星があるからだと誤って考えていた。^{[154] [155]}この考えはホイヘンスがさらに倍率の高い望遠鏡を使って初めて反証され、環が初めて本当に確認された。ホイヘンスは土星の衛星タイタンも発見した。ジョヴァンニ・ドメニコ・カッシーニは後にイアペトゥス、レア、テティス、ディオネの4つの衛星を発見した。1675年、カッシーニは現在カッシーニの間隙を発見した。^[156]

1789年にウィリアム・ハーシェルがミマスとエンケラドゥスの2つの衛星を発見するまで、それ以上重要な発見はありませんでした。タイタンと共鳴する不規則な形の衛星ヒュペリオンは、1848年にイギリスのチームによって発見されました。^[157]

1899年、ウィリアム・ヘンリー・ピカリングは、大きな衛星とは異なり土星と同期して自転しない、非常に不規則な衛星であるフェーベを発見した。 ^{[157]フェーベは最初に発見されたそのような衛星であり、}逆行軌道で土星を周回するのに1年以上かかった。20世紀初頭、タイタンの研究により、1944年にタイタンには厚い大気があることが確認された。これは太陽系の衛星の中では珍しい特徴である。^[158]

パイオニア11号は1979年9月に土星への最初のフライバイを行い、土星の雲頂から20,000 km (12,000 mi) 以内を通過した。土星とその衛星のいくつかの画像が撮影されたが、解像度が低すぎて表面の詳細を判別できなかった。探査機は土星の環も調査し、薄いF環と、環の暗い隙間が高位相角(太陽に向かって) で見ると明るく見えるという事実を明らかにした。これは、そこに微細な光散乱物質が含まれていることを意味する。さらに、パイオニア11号はタイタンの温度を測定した。 ^[159]

1980年11月、ボイジャー1号探査機が土星系を訪れた。探査機は土星、その環、衛星の高解像度画像を初めて送信した。さまざまな衛星の表面の特徴が初めて確認された。ボイジャー1号はタイタンに接近してフライバイし、衛星の大気に関する知識を増やした。タイタンの大気は可視波長では透過できないことが証明されたため、表面の詳細は確認されなかった。フライバイにより探査機の軌道は太陽系の平面から外れた。^[160]

ほぼ1年後の1981年8月、ボイジャー2号は土星系の調査を続けた。土星の衛星のよりクローズアップした画像や、大気と環の変化の証拠が得られた。フライバイ中、探査機の回転式カメラプラットフォームは数日間動かなくなり、予定していた画像の一部が失われた。土星の重力を利用して探査機の軌道を天王星に向けさせた。^[160]

探査機は、惑星のリングの近くまたはリング内を周回するいくつかの新しい衛星、および小さなマクスウェルギャップ（Cリング内の隙間）とキーラーギャップ（ Aリング内の幅42kmの隙間）を発見し、確認した。^[161]

カッシーニ・ホイヘンス 宇宙探査機は2004年7月1日に土星の周回軌道に入った。2004年6月にはフェーベに接近し、高解像度の画像とデータを送信した。カッシーニは土星最大の衛星タイタンをフライバイし、大きな湖とその海岸線、そして多数の島と山々のレーダー画像を撮影した。探査機は2004年12月25日にホイヘンス探査機を放出する前に、タイタンへのフライバイを2回完了した。ホイヘンスは2005年1月14日にタイタンの表面に着陸した。^[163]

2005年初頭から、科学者たちはカッシーニを使って土星の雷を追跡した。雷の強さは地球の雷の約1,000倍である。^[164]

2006年、NASAは、土星の衛星エンケラドゥスで、地表から数十メートル以内に間欠泉として噴出する液体の水の貯蔵庫の証拠をカッシーニが発見したと報告した。これらの氷粒子の噴出は、衛星の南極地域の噴出口から土星の周りの軌道上に放出される。^[165]エンケラドゥスでは100以上の間欠泉が確認されている。^[162] 2011年5月、NASAの科学者は、エンケラドゥスが「私たちが知る限り、太陽系で地球以外で最も生命が居住可能な場所として浮上しつつある」と報告した。^{[166] [167]}

カッシーニの写真は、土星のより明るい主環の外側、G環とE環の内側に、これまで発見されていなかった惑星環を明らかにした。この環の起源は、ヤヌスとエピメテウスへの隕石の衝突であると仮定されている。^[168] 2006年7月、タイタンの北極付近の炭化水素湖の画像が返送され、2007年1月にその存在が確認された。2007年3月、北極付近で炭化水素の海が発見され、その最大のものはカスピ海とほぼ同じ大きさであった。^[169] 2006年10月、探査機は土星の南極に、直径8,000km (5,000マイル)のサイクロンのような嵐と眼壁を検出した。^[170]

2004年から2009年11月2日までに、探査機は8つの新しい衛星を発見し、確認した。^[171] 2013年4月、カッシーニは、地球の20倍の大きさで風速530 km/h（330 mph）を超えるハリケーンの北極の画像を送信した。^[172] 2017年9月15日、カッシーニ・ホイヘンス宇宙船は、ミッションの「グランドフィナーレ」を遂行した。土星と土星の内輪の間の隙間を数回通過した。^{[173] [174]}カッシーニの大気圏突入により、ミッションは終了した。

土星の探査継続は、現在進行中のニューフロンティア計画の一環として、NASAにとって依然として実行可能な選択肢であると考えられている。NASAは以前、土星大気圏突入探査機や、ドラゴンフライによる土星の衛星タイタンとエンケラドゥスの居住可能性と生命発見の可能性の調査を含む土星探査計画の提出を要請した。^{[175] [176]}

土星は、地球から肉眼で容易に見える5つの惑星の中で最も遠くにあります。他の4つは、水星、金星、火星、木星です。（天王星と、時折ベスタは、暗い空で肉眼で見ることができます。）土星は、夜空に肉眼で見ると、明るい黄色がかった光点です。土星の平均見かけの等級は0.46で、標準偏差は0.34です。^[24]等級の変化のほとんどは、太陽と地球に対する環系の傾斜によるものです。最も明るい等級-0.55は、環の面が最も傾いているとき近くに発生し、最も暗い等級1.17は、環の面が最も傾いていないとき近くに発生します。^{[24]惑星が}黄道の星座を背景に黄道を一周するのに約29.4年かかります。ほとんどの人は、土星の環を鮮明に映し出すために、少なくとも30倍の倍率の光学機器（非常に大きな双眼鏡または小型の望遠鏡）を必要とする。^{[49] [151]}地球が環面を通過するのは土星の1年に2回（地球の約15年に1回）起きるが、環は非常に薄いため、一時的に視界から消える。このような「消失」は次に2025年に起きるが、土星は太陽に近すぎて観測できない。^[177]

土星とその環は、惑星が衝、または衝に近い状態、つまり惑星が180°離角にあるときの配置のときに最もよく見え、空では太陽の反対側に見えます。土星の衝は毎年、およそ 378 日ごとに発生し、その結果、惑星は最も明るく見えます。地球と土星はどちらも偏心軌道で太陽を周回しており、太陽からの距離は時間とともに変化し、したがって互いの距離も変化します。そのため、土星の明るさは衝ごとに異なります。土星は、環がより見やすくなるように角度が付けられている場合にも明るく見えます。たとえば、2002 年 12 月 17 日の衝の間、土星は地球に対する環の好ましい方向のために最も明るく見えました^[178] 。ただし、2003 年後半には土星は地球と太陽に近づいていました。^[178]

時々、土星は月によって掩蔽される（つまり、月が空で土星を覆う）。太陽系のすべての惑星と同様に、土星の掩蔽は「季節」に起こる。土星の掩蔽は、約 12 か月間毎月起こり、その後約 5 年間はそのような活動が記録されない。月の軌道は土星の軌道に対して数度傾いているため、掩蔽は、土星が 2 つの平面が交差する空の点の 1 つに近い場合にのみ起こる（土星の 1 年の長さと、月の軌道の 18.6 地球年の節歳差運動周期の両方が周期性に影響を与える）。^[179]

• 太陽系の惑星の統計