土星环

土星环（英文名：Saturnian ring; ring of Saturn）是土星赤道面上的环系，由绕土星运转的碎块和微粒组成，从内向外，环系可以分成D、C、B、A、F、G和E七个同心圆环。^[3]环中有不计其数的小颗粒，其大小从微米到米都有。环中的颗粒主要成分都是水冰，还有一些尘埃和其它的化学物质。^[2][7][8]

1610年，伽利略通过望远镜观测土星环，虽然未能清楚的看出环的本质，但他还是成为第一个观测土星环的人。^[9]荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）于1655年开始用改进的望远镜研究土星，最终推断出土星环的真实形状以及环平面明显倾向于土星轨道的事实。^[4]

许多人认为土星环是由许多微细的小环累积而成的（这个观念可以回溯至拉普拉斯），并有少数真实的空隙。实际上这些环是有着同心但是在密度和亮度上有着极值的圆环盘。在丛集的尺度上，圆环之间有许多空洞的空间。但是，根据探测器近距离拍回的照片显示，这个环并非整体，而是由许多小环组成。^[10]主要的土星环，宽度从48公里到30.2万公里不等。距离土星从近到远的土星环分别按被发现的顺序命名为D、C、B、A、F、G和E环。其中，B环最宽、最亮，质量也最大。“卡西尼”号的无线电科学团队测量得到的主环B环只是土卫一质量的0.4倍。^[11][12]

长久以来，科学界对土星自转轴倾角和土星环的成因未有定论。^[13]关于土星环的起源有两种主要假设。一种假设认为这些光环是土星一颗被摧毁的卫星残余；另一种假设认为土星环是由形成土星的星云物质遗留下来的。此外E环中的一些冰来自土卫二的间歇泉，环的水丰度呈放射状变化，最外层的A环是纯水冰。^[2][14][15]2022年9月，美国《科学》杂志发表的一项建模研究认为，土星环的形成可能与一颗1亿多年前被摧毁的卫星有关。^[16]

1610年，伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）使用望远镜观测土星环。 他认为这些环是行星两侧的“手柄”或大卫星。^[9]他在报告中写道：“土星不是一颗恒星，而是三颗恒星的复合体，它们几乎相互接触，彼此之间从不变化或移动，并且沿着黄道带排成一排，中间的一颗比侧面的一颗大三倍。"两年后，他发现望远镜中的图像变成了一个单一的物体。地球已经越过了土星的环平面，从边缘看，土星环基本上已经消失了。但在1616年的观测中，伽利略发现奇怪的侧附肢已经回来了。^[2][4][9]

1655年，克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）使用他自己设计的50倍折射望远镜，发现土星被一个固体环所包围，并倾斜于黄道。^[9]惠更斯最终推断出土星环的真实形状以及环平面明显倾向于土星轨道的事实。但他认为这些环是一个具有相当厚的实心圆盘。^[4]

1660年，让·沙佩兰（Jean Chapelain）认为土星环是由大量非常小的卫星组成的。 1664年，朱塞佩·坎帕尼观察到土星环的外半部分比内半部分亮度低。 1676年，乔瓦尼·卡西尼在土星环中发现了卡西尼分区。 外环被称为A环，较亮的内环被称为B环。^[9]

1664年 - 朱塞佩·坎帕尼（Giuseppe Campani）观察到土星环的外半部分不如内半部分明亮，但无法识别这是两个独立的环。^[9]

1675年，乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）确定土星环由多个较小的环组成，它们之间有间隙，这些缺口中最大的一个后来被命名为卡西尼分部。该分区是A环和B环之间4800公里的区域。^[18][19]

1776年，威廉·赫歇尔（William Herschel）对土星环的厚度做出了最早的估计，估计为300英里。 ^[9]

1787年，皮埃尔·德·拉普拉斯（Pierre de Laplace）证明了均匀的实心环是不稳定的，并提出环是由大量的实心小环组成的。^[9][20]

1837年，亨利·凯特（Henry Kater）在A环的中间观察到恩克的分裂。 ^[9]

1849年，爱德华·罗奇（Edouard Roche）提出土星环系统是在一颗流体卫星如此接近土星时形成的，以至于它被潮汐力撕裂。^[9]

1850年，威廉·邦德（William Bond）和乔治·邦德（George Bond）观测到一条横跨土星的暗带，紧邻B环的内边缘。 查尔斯·塔特尔（Charles Tuttle）认为这可能是由B环内的暗环引起的。 这枚戒指最初被称为绉环，后来正式成为C环。 乔治·邦德得出结论，一个狭窄的固体环系统不可能是稳定的，土星环必须是流体。^[9]

1856年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）推断土星环不可能是固体，必须由“无限数量的不相连的粒子”组成。 ^[9]由此研究了环上非刚性小块横截面上动力扰动的效果。他发现，为了保证环面的稳定性，土星环必须有足够的不规则性。^[21]

1859年，麦克斯韦证明，不均匀的固体环、固体小环或连续的流体环也不稳定，这表明该环必须由许多小粒子组成，所有小粒子都独立地绕土星运行。 后来，索菲亚·科瓦列夫斯卡娅还发现土星环不可能是液态环状天体。^[22]

1883年，康芒斯（Commons）拍摄了第一张土星环的照片。 ^[9]

1889年，爱德华·巴纳德（Edward Barnard）在土星环旁观测到土卫八的日食。 巴纳德看到土卫八在穿过C环的阴影时变得越来越暗，并完全消失在B环的阴影中，他得出结论，C环必须是半透明的，而B环是不透明的。 ^[9]

1895年，詹姆斯·基勒（James Keeler）和威廉·坎贝尔（William Campbell）观察到土星环内部的轨道比环外部的轨道更快，证实了麦克斯韦在1856年的推论，即土星环是由小粒子组成的。^[9]

1940年，哈罗德·杰弗里斯提供了明确数据，证明土星环必须由独立的固体组成。^[9]

1966年，阿勒格尼天文台拍摄到了被称为E环的东西。 在同年的土星环穿越事件中，斯蒂芬·拉尔森 （Stephen Larson）在土星周围发现了两颗新卫星，多尔福斯能够建立环的实际边缘亮度，并估计环的厚度只有2.4公里。^[9]

1967年，沃尔特·费贝尔曼（Walter Feibelman）从阿勒格尼天文台前一年拍摄的图像中发现了E环。 1969年，皮埃尔·盖林（Pierre Guerin）发现了可能存在D环的证据。^[9]

1970年，对环的近红外光谱的测量强烈地表明了水冰的存在，这也表明环颗粒的表面主要是水冰。^[9]1978年，H. 赖策马（H. Reitsema）通过对土卫八被光环遮蔽时的观测，确立了恩克分部的存在。 Peter Goldreich和Scott特里梅因提出，土星环中的密度波是由于环粒子与卫星的共振而产生的。 ^[9]

1979年，先驱者11号飞越土星，发现了F环，并确认了E环。彼得·戈德赖希（Peter Goldreich）和斯科特·特雷梅恩（Scott Tremaine）提出牧羊人卫星可能包含一个狭窄的环。 (1980年旅行者1号发现的狭窄的F环和相关的牧羊人卫星将证实这一理论）。^[9]

1980年，在1979-1980年的土星环平面穿越中发现了三颗新的土星卫星。布鲁诺·西卡迪（Bruno Sicardy）和安德烈·布拉希克（Andre Brahic）能够测量B环的厚度约为1.1公里。 斯蒂芬·拉森（Stefan Larsson）和威廉·鲍姆（William Baum）观察到E环从土卫一的轨道延伸到土卫五轨道附近的8个土星半径。 E环的峰值亮度与土卫二的轨道相对应，表明这颗卫星可能是E环的粒子来源。 ^[9]

1980-1981年，旅行者1号和旅行者2号飞越土星，收集了关于土星环的新信息。 发现了G环，在B环上观察到“辐条”，在F环上观察到编织。 此外，旅行者号还发现了三颗新卫星：Rich Terrier在旅行者号的照片中发现了Atlas，普罗米修斯和潘多拉是第一个被发现的牧羊卫星。 一些卫星被发现共享相同的轨道，这些被称为共轨道，之后甚至在环的间隙中发现了小环。 旅行者号发现了三个新的能隙，分别被命名为麦克斯韦隙、惠更斯能隙和基勒能隙。^[9]

土星环雨存在的首批证据来自Voyager 1和Voyager 2的观测结果，包括土星电离层的特殊变化、土星环密度的变化以及环绕土星北半球中纬度区域的三条狭窄暗带。1986年，戈达德航天飞行中心研究人员将狭窄暗带与土星巨型磁场形状联系在一起，并指出来自土星环的带电冰冻颗粒顺着磁感线向下流动，将水倾泻到土星高层大气，也就是土星磁感线的源头。来自土星环的流出现在特定纬度，冲走了平流层的雾霾，减少了反射光线，由此产生了两艘Voyager捕捉到的狭窄暗带。^[23]

2022年9月，美国《科学》杂志发表的一项建模研究认为，土星自转轴倾角和土星环的形成可能与一颗1亿多年前被摧毁的卫星有关。^[16]

虽然土星环看起来是实心的，但其实是由无数漂浮的冰块、岩石颗粒和尘埃组成。宽度几乎和地月距离相当，但厚度却有十几米甚至几十米。宽度从48公里到30.2万公里不等。这些土星环按照距离土星从近到远的距离，按照被发现的时间先后顺序，分别被命名为D、C、B、A、F、G和E环。其中，B环最宽、最亮，质量也最大。^[24][25]

密集的主要环带从赤道上方7000 公里延伸至80000公里，但估计它的厚度只有10米，并且99.9%都是冰，也许还参杂着少许的杂质，像是有机化合物托林或硅酸盐。主要环带中的颗粒大小范围从1公分至10米都有。^[26][27][28]

环的结构大致可以通过它们的光学深度来描述，作为与土星距离的函数。光学深度是通过介质（例如云、行星大气层或太空中的粒子区域）时吸收的电磁辐射量的量度。因此，它可以作为介质平均密度的指标。^[4]环中最大的缝隙，像是卡西尼缝（Cassini Division）和恩克环缝（Encke Gap），都能从地球上看见，两艘旅行者太空船都发现环实际上是由数以万计稀薄的小环和空隙构成的复杂结构体。^[29]

虽然不能直接看到构成土星环的单个粒子，但它们的大小分布可以从它们对通过恒星和航天器环传播的光和无线电信号散射的影响中推断出来。该分析揭示了从厘米到几米不等的广泛而连续的颗粒尺寸范围，较大的物体数量明显少于较小的物体。这种分布与最初较大的物体反复碰撞和破碎的预期结果一致。在环的某些部分，碰撞显然更频繁，甚至存在更小（灰尘大小）的晶粒，但由于各种损失机制，这些晶粒的寿命很短。较小颗粒的云显然获得电荷，与土星的磁场相互作用，并以移动的楔形辐条的形式表现出来，这些辐条径向延伸到环的平面上。^[4]

土星环主要由大小从微米到米不等的水冰颗粒组成，颗粒的轨道速度本来与土星引力维持在平衡状态，但来自太阳的紫外光或宇宙流星尘轰击导致的等离子云大幅改变了这种平衡，让颗粒掉落下去。^[30]

1997年发射的卡西尼-惠更斯探测器对土星光环及其卫星进行了探测。^[31]来自卡西尼太空船的资料显示土星环有自己的大气层，与行星本身无关而独立存在。大气中有氧分子（O2），这是来自太阳的紫外线与环中的冰相互作用而产生的。水分子之间的链接受到紫外线的刺激产生化学作用释放出并抛出了气体，尤其是O2。根据这些大气的模型，也有H2，O2和H2的大气层是很稀薄的，但莫名其妙的被凝聚在环的周围，它的厚度只是一个原子。环中也有气体，如同氧气一样，这些气体也是水分子的崩解导致的，经由轰击将水分子崩解的高能量离子是由恩塞拉都斯抛射出来的。^[32]

水冰占据了土星环的95%～99%，但科学家在光环雨中发现的水，却没有预期的这么多。NASA艾姆斯研究中心的杰夫·库齐（Jeff Cuzzi）对此有一个解释：一个此前未被探测到且紧靠D环的辐射带把冰质颗粒物中的水剥离掉了。根据这个解释，在更靠近土星的地方探测到的粒子很可能是能抵御辐射的物质，例如硅酸盐和有机物。^[33]

土星倾斜的决定性事件被认为是“最近”发生的。在土星形成后的30多亿年里，它的自转轴一直只是轻微倾斜。大约10亿年前，其卫星运动触发了一种一直持续到今天的共振现象：土星轴与海王星轨道相互作用，并逐渐倾斜，直到今天观测到的27°倾角。法国国家科学研究中心和索邦大学的两名科学家证实，卫星的影响可以解释土星旋转轴的倾斜。土星当前轴倾斜是由卫星迁移造成的，尤其是最大的卫星土卫六的迁移。^[34]

天文学家们一直怀疑土星环的倾斜可能与海王星有关。有研究显示，土星的自转轴会随着时间的推移做周期性运动，这种运动被称为“进动”，是自转轴绕某一中心旋转的现象。土星进动的状态似乎与海王星的运行很合拍。土星的进动像一个旋转的陀螺，而海王星环绕太阳公转的轨道也在发生摆动，像一个摇摆的呼啦圈。这并不像是巧合。天文学家们认为，土星自转轴的倾斜是土星与海王星发生了引力关联的结果，这种现象又被称为“轨道共振”。^[13][35]

然而“卡西尼号”土星探测器的探测数据显示，土星与海王星的所谓引力关联，并非完全合拍。科学家们依据“卡西尼号”土星探测器的探测数据模拟了土星内部的质量分布，结果发现，土星的运行的确接近与海王星共振的状态，但并不与海王星的共振完全吻合。这意味着这两颗行星可能只是一度处于轨道共振状态，但目前却并非如此了，土星可能已经摆脱了与海王星的共振。因而被科学家们认为是最能解释土星环之谜的理论。科学家提出了一种理论解释：当土星形成时，它的自转轴是基本垂直于它的公转轨道面的。然而，随着土卫六（土星最大的卫星）渐渐远离土星，加上“蝶蛹”等卫星的作用，土星和海王星之间发生了共振关系，土星的自转轴发生倾斜且越来越厉害，最后达到了36度。到了大约1.6亿年前，土星巨大的引力终于将“蝶蛹”撕碎了。由于失去了“蝶蛹”，土星脱离了与海王星的共振，它的自转轴的倾斜度得到调整，从36度减小到现在的大约27度，从而形成了今天看到的状态。^[13][35]

土星位于木星和天王星之间，是太阳系第二大的气态巨行星。^[36]在太阳系八大行星中直径排行第二，距离地球约15亿千米。因为与木星同属于类木行星，所以也具有质量大、体积大，密度小和自转速度快等特点。质量是地球的95倍，体积是地球的730倍，平均密度为八大行星中最小，比水的密度大约还小31％。由于自转速度非常快，星体外形呈扁的椭球体。^[37][36]土星环是土星赤道面上的环系，由绕土星运转的碎块和微粒组成。^[3]

关于土星环的起源有两种主要假设。一种假设认为，土星光环是其卫星彼此相撞或者是外来星云与土星相撞的结果，不过天文学家发现，土星光环主要由冰构成（95%）。此外E环中的一些冰来自土卫二的间歇泉，环的水丰度呈放射状变化，最外层的A环是纯水冰。^{[2][38][39][40]}另一种假设认为它很可能是一颗“冰壳卫星”与土星外围物质相撞后的结果。这颗死星其他部分因重量较大而坠入土星大气层。^[40][41][42]

除此外还存在一种可能，科学家们认为，如今拥有83颗卫星的土星曾至少拥有一颗多出的卫星，他们将这颗卫星命名为“蝶蛹”，并通过模拟得出“蝶蛹”的一些基本属性。它与土星第三大卫星土卫八大小相当，曾与“兄弟姐妹”一起环绕土星运转数十亿年。它对土星的引力使土星保持一定自转轴倾角，并与海王星形成轨道共振。^[13]

研究人员推测，距今2亿年到1亿年间的某个阶段，“蝶蛹”进入一个混乱的轨道区。经历数次与土卫八和土卫六的近距离相遇后，它在与土星“擦身而过”时被巨大的引力撕成碎片。失去这颗卫星使土星脱离与海王星的共振，并形成目前的自转轴倾角。“蝶蛹”的大部分残片可能已撞向土星，少部分碎片可能仍悬浮在轨道上，最终分解成小冰块，形成了标志性的土星环。^[13]

研究人员表示，“失去的卫星”理论不仅可以解释土星自转轴倾角的形成，还与对土星环年龄的研究结论相吻合。此前有研究显示，与形成于45亿年前的土星相比，土星环的历史相对短暂，它形成于约1000万年至1亿年前。^[13]

科学界对土星环的年龄有截然不同的观点。^[43]一种观点认为土星环很古老，应该是和土星同时诞生的。另一种观点则认为土星环很年轻，可能只存在了一两亿年。^[2][40][35]持后一种观点的人认为，土星环很明亮，不像有太多陈年的污垢和岁月的痕迹。太空中存在不少星际尘埃，还有大量来自彗星和小行星的碎片，假若土星环在太空中暴露了几十亿年，它就应该染上不少灰尘，它的环面应该变得暗淡和污浊才对。^[35]

为了弄清楚情况，科学家们使用“卡西尼号”土星探测器搭载的紫外图像光谱仪仔细研究了土星环中的颗粒。他们发现土星环上夹杂着一些冰块，认为这些冰块有可能在环内物质的循环过程中发挥了重要的“保洁”作用，它们将来自宇宙的污染物稀释和吸收掉了，因此土星环虽然并不暗淡，但依然可以很古老。这就是说，土星环有可能形成于45亿年前，和土星诞生于同一时期，那时太阳和它的行星刚刚从星云中脱颖而出。然而，在研究了落在土星环上的星际尘埃后，科学家们又得出了相反的结论。那些尘埃是2004年“卡西尼号”土星探测器抵达土星后，用携带的尘埃计数器收集到的。数据显示，土星环被污染的年龄最多只有几亿年，这样的结果佐证了土星环很年轻的观点。^[35]

2017年9月，“卡西尼号”土星探测器又对土星环作了一次全新的探测，这是它在结束土星探测使命之前的最后一次探测行动。科学家们一直认为，土星环的质量与土星环的年龄之间存在着一种“质量越大，年龄越老”的关系。因为质量巨大的土星环需要足够多的物质来“构建”，这样多的物质只有几十亿年前土星形成之初时的太阳系能够提供。于是，科学家们又一次研究了土星环，他们利用“卡西尼号”在土星和土星环之间往返飞行的机会，获得了土星和土星环作用于“卡西尼号”的引力数据。在分析了这些数据后，人们更倾向于支持年轻说。他们认为，土星环的质量远不如人们以前想象的那么大，所以土星环应该是在土星形成后才有的，它可能的确很年轻。^[35]

土星环是由不计其数的冰粒组成的，围绕着土星形成七个不同的层次。^[3]NASA表示土星正在失去自己标志性的土星环，其速率达到此前根据Voyager 1和Voyager 2观测估算的最大值。在引力和磁场的共同作用下，土星环的冰物质颗粒以尘埃雨的形式落入土星。^[23]

NASA戈达德航天飞行中心（GS．FC）指出，根据估算结果，土星环雨的流量可以在半小时内填满一个奥运会专用游泳池，因此整个土星环系统将在3亿年内消失殆dài尽。此外，Cassini探测到落人土星赤道区域的土星环物质，因此可以估计土星环的寿命不会超过1亿年。^[23]

土星的7个环，由无数冰块组成。20世纪的大部分时间里，科学家认为土星环很可能与土星“同岁”，但观测表明，土星环由大约98%的纯水冰组成，只有少量岩石物质，推翻了这一设想。^[44]主要的土星环，宽度从48公里到30.2万公里不等。距离土星从近到远的土星环分别按被发现的顺序命名为D、C、B、A、F、G和E环。其中，B环最宽、最亮，质量也最大。^[12]

土星环位于土星的赤道面上。在空间探测以前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环（A环、B环、C环）和两个暗环(D环、E环)。B环既宽又亮，它的内侧是C环，外侧是A环。A环和B环之间为宽约5000公里的卡西尼缝，它是天文学家卡西尼在1675年发现的。B环的内半径91500公里，外半径116500公里，宽度是25000公里，可以并排安放两个地球。A环的内半径121，500公里，外半径137000公里，宽度15，500公里。C环很暗，它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12，000公里处，宽度约19000公里。1969年在C环内侧发现了更暗的D环，它几乎触及土星表面。在A环外侧还有一个E环，由非常稀疏的物质碎片构成，延伸在五、六个土星半径以外。^[45]

1979年9月，“先驱者” 11号探测到两个新环──F环和G环。F环很窄，宽度不到800公里，离土星中心的距离为2.33个土星半径，正好在A环的外侧。G环离土星很远，展布在离土星中心大约10～15个土星半径间的广阔地带。“先驱者”11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度，其结果同地面观测相差不大。“先驱者”11号的紫外辉光观测发现，在土星的可见环周围有巨大的氢云。环本身是氢云的源。^[45]

除了A环、B环、C 环以外的其他环都很暗弱。土星的赤道面与轨道面的倾角较大，从地球上看，土星呈现出南北方向的摆动，这就造成了土星环形状的周期变化。仔细观测发现，土星环内除卡西尼缝以外，还有若干条缝，它们是质点密度较小的区域，但大多不完整且具有暂时性。只有A环中的恩克缝是永久性的，不过，环缝也不完整。科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的，犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样。“先驱者”11号在A环与F环之间发现一个新的环缝，称为“先驱者缝”，还测得恩克缝的宽度为876公里。由观测阐明土星环的本质，要归功于美国天文学家基勒，他在1895年从土星环的反射光的多普勒频移发现土星环不是固体盘，而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点。土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住，这也说明土星环是由分离质点构成的。1972年从土星环反射的雷达回波得知，环的质点是直径介于4到30厘米之间的冰块。

^[45]

D环

在土星半径1.11至1.23处的C环内部是极其脆弱的D环，它对穿过它的星光或无线电波没有可测量的影响，只有在反射光下才能看到。^[4]

C环

C环（有时称为绉环），位于土星半径1.23至1.52处，光学深度接近0.1。^[4]

B环

B环是环中最亮、最厚、最宽的环。它的半径从1.52到1.95土星半径延伸，光学深度在0.4到2.5之间，精确值取决于与土星的距离和光的波长，土星的赤道半径为60268公里。它在视觉上与外大环A环隔开，这是主环中最突出的间隙。卡西尼分部位于土星半径1.95至2.02之间，并非没有粒子，在光学深度上表现出复杂的变化，平均值为0.1。^[4]

卡西尼缝

卡西尼缝介于A环和B环之间，宽达4,800公里（2,980英里），在1675年就被乔瓦尼·卡西尼在巴黎天文台用折射望远镜所观测。从地球上看他只是土星环中薄薄的暗区，但是航海家号发现环缝本身具有与C环相似的成分。^[46]

惠更斯缝

惠更斯缝位于卡西尼缝的内侧边缘，它的几何宽度和光深度随着方位角不规则的改变，这可能是B环外缘的离心率对外缘等其他因素造成的影响。另外还有一个狭窄的小环正好就位在惠更斯小环的外侧。^[46]

A环

A环的半径为土星半径2.02至2.27，A环光学深度为0.4至1.0。^[4]

洛希裂缝

分隔开A环和F环的区域被命名为洛希裂缝以纪念法国物理学家爱德华·洛希（Édouard Roche）。^[47]洛希缝隙距离土星心约136775-139380千米。^[2]

雅努斯/艾比米修斯环

该i环围绕着土卫十雅努斯和土卫十一艾比米修斯轨道占据的附近区域，这是卡西尼号在2006年利用前景散射的影像所显露的。这个环在半径方向的宽度约5000公里。^[48]它的微粒来自被陨石撞击的卫星表面，这些微粒散布在轨道的附近，然后形成一个散开的圆环。^[49]

G环

G环的光学深度只有0.000001;它位于土星半径约2.8处，最初是通过它对土星磁层中带电粒子的影响来探测到的，在旅行者号图像中可以隐约辨认出它。2008年拍摄的卡西尼号图像显示，G环中存在一颗名为Aegaeon的小卫星，直径约为0.5公里（0.3英里）。这颗卫星可能是G环的几个母体之一。那些位于A环外的土星环类似于木星环，因为它们主要由卫星不断脱落的小粒子组成。^[4]

墨托涅环弧

这个环在2006年9月被侦测到，在经度上有大约10度与土卫三十二墨托涅联系在一起，弧中的物质应该是来自土卫三十二墨托涅被微流星体撞击后的抛出物。尘土存在的弧可归咎于和土卫一弥玛斯14:15的轨道共振（类似于在G环内的禁闭机制）。^[50]

安忒环弧

这个环在2007年6月被侦测到，在经度上大约有20度与土卫四十九安忒联系在一起。弧中的物质相信是土卫四十九安忒与微流星撞击后被敲击出来的，并因为与土卫一弥玛斯有10:11的轨道共振而被禁制在此区域。受到相同的共振影响，土卫四十九安忒的位置会在经度14°的范围在轨道内前后来回的振荡。^[50]

帕勒涅环

该环与土卫三十三帕勒涅共享轨道，并在卡西尼号太空船2006年的前景散射影像中被观测。这个环在半径方向上的厚度约为2500公里，来源是土卫三十三帕勒涅的表面受到陨石体撞击被剥离的微粒，然后散布在轨道的路径上形成圆环。^[48][49]

E环

卡西尼号的观测证实，E环是由来自间歇泉（冰火山活动的一种形式，或低温火山活动）的冰颗粒组成的，这些冰粒位于月球土卫二南极附近的热活跃区域（热点）。^[4]

佛碧环

2009年10月6日，宣布就在土卫九佛碧的轨道平面内侧发现稀薄物质构成的盘状物。这是在盘状物的侧面正对地球时被观测到的，可以算是一个松散的环。环虽然很大（视直径达到两个满月的大小），但从地球上几乎看不见，它是由NASA使用红外线的史匹哲太空望远镜发现的。^[51]

土星环结构及相关数据^[4]ring (or division or gap)adius of ring's inner edge (km)width (km)D ring67,0007,500C ring74,49017,500(Colombo gap)77,800100(Maxwell gap)87,500270(Bond gap)88,69030(Dawes gap)90,20020B ring91,98025,500(Cassini division)117,5004,700(Huygens gap)117,680285–440(Herschel gap)118,183102(Russell gap)118,59733(Jeffreys gap)118,93138(Kuiper gap)119,4033(Laplace gap)119,848238(Bessel gap)120,23610(Barnard gap)120,30513A ring122,05014,600(Encke gap)133,570325(Keeler gap)136,53035(Roche division)136,7702,600F ring140,22430–500G ring166,0008,000E ring180,000300,000Phoebe dust ring7,772,2404,766,000

美国国家航空航天局在2008年3月6日宣布土卫五可能拥有一个稀薄的环带，这也是人类首次在卫星发现环带系统。这个环带系统的存在是因为卡西尼号发现土星的磁场在土卫五附近有高能量的电子流所推论出来的。尘土与碎石延伸至土卫五的希尔球区域，不过在靠近土卫五的附近更加稠密，显示土卫五可能拥有3条密度较高的细环带。^[52]

根据卡西尼号的分析，土星环中的冰烁、气体和其他物质互相碰撞后、形成粉碎，并在重力的作用下降至行星地表，形成了光环雨。其主要化学构成为氢和氦，其次还包括甲烷、丁烷、丙烷wán等有机分子，以及些许硅酸盐含量丰富的颗粒。^[33]美国国家航空航天局（NASA）的研究表明，因为光环雨的存在，土星环将会在一亿年内消失，比之前科学家预估的三亿年降低了两亿年。^[53]

土星光环雨的主要化学构成^[33]96.6%氢、氦3.4%其他16%甲烷0.5%二氧化碳20%一氧化碳+氮分子24%水2.4%氨37%有机物

土星环和土星卫星构成了两组完全不同的实体，这些实体又形成了一个复杂的物体系统并与其结构、动力学和演化密切相关。^[4]土星环很大，但也非常薄。其直径为270000公里，但厚度不超过100米，总质量仅为1.5×1019千克。如果算上外环，整个环系统跨越能达到26000000公里。^[4]

科学家按照发现顺序为土星各环分配了一个字母，它们之间的缝隙和分界则以天文学家的名字命名。像潘、阿特拉斯、普罗米修斯和潘多拉这样的小“牧羊人”卫星在明亮的环内运行，它们的轨道构成了一条条缝隙。^[17]

已知最内层卫星的轨道落在最外层的环内或之间，新卫星继续被发现嵌入环结构中。事实上，环系统本身可以被认为是由无数微小的卫星组成的——从单纯的尘埃斑点到汽车和房屋大小的碎片——它们各自围绕土星运行。由于难以区分最大的环状粒子和最小的卫星，因此可能无法确定土星的卫星的精确数量。^[4]土星环正处于“中年”，现在能看到它很幸运，木星、天王星和海王星可能曾经也有这种环，但现在已经不明显了。^[30]

《科学》杂志上报告说，他们通过分析美国“卡西尼”土星探测器获取的引力数据得出，与形成于45亿年前的土星相比，土星环的历史相对短暂，它形成于约1000万年至1亿年前，当时地球正处于恐龙时代。^[43]

如果土星形成后才拥有土星环，那么这些环应该是由围绕土星运行的小型冰冻卫星碰撞形成，碰撞的原因可能是其运行轨道受到路过的小行星或彗星的干扰。^[23]