土星环是太阳系行星的行星环中最突出与明显的一个，环中有不计其数的小颗粒，其大小从微米到米都有，轨道成丛集的绕着土星运转。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。

虽然环的反射能够增加土星的视星等（亮度），但从地球仅凭肉眼还是看不见环。在1610年，当望远镜第一次指向天空之际，伽利略虽然未能清楚的看出环的本质，但他还是成为观察土星环的第一个人。在1655年，惠更斯成为第一个描述环是环绕土星的盘状物的人。

虽然许多人都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。更正确的想法是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。

在环的中间有一些空隙：有两条已经知道是与被埋藏在环中的卫星产生轨道共振引起的波动造成的，其它的空隙还不知道成因。稳定的共振，另一方面，也维系了一些环长期的存在，像是泰坦环。

形成

光环的形成原因还不十分清楚，据推测可能是由彗星、小行星与较大的土卫相撞后产生的碎片组成的。

土星是太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序为第六颗。中国古代称土星为填星或镇星。

土星光环结构复杂，千姿百态。光环环环相套，以至成千上万个，看上去更像一张硕大无比的密纹唱片上那一圈圈的螺旋纹路。所有的环都由大小不等的碎块颗粒组成，大小相差悬殊，大的可达几十米，小的不过几厘米或者更微小。它们外包一层冰壳，由于太阳光的照射，而形成了动人的明亮光环。

长期以来，这条光环是如何形成的，一直是天文学家努力研究的热点问题。2010年12月《自然》杂志发表文章，讨论了有关此事的最新成果。文章说，几百万年前，一颗卫星在土星引力作用下与包围土星的大气相撞。随后，土星吸住“死星”外围冰块，最终成型了美丽光环。

此前，人们认为，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%）。因此，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。

组成

土星的光环其实可以分成几个不同的部分，最明亮最宽阔的是A环和B环，较暗的是C环。光环的各部分之间有明显的裂缝，最大裂缝的是A环和B环间的Cassini裂缝，它是由GiovanniCassini在1657年发现的。A环内的Encke缝则是由JohannEncke1837年发现的。通过飞船的探测，人们还发现较宽的光环其实是由许多狭窄的小环组成的。

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A环

A环是外层最大与最亮的环，它的内侧边界是卡西尼缝，而他明确的外缘边界与小卫星阿特拉斯的轨道非常靠近。A环在从外缘算起环宽度的22%处被恩克环缝中断。从外缘算起在宽度的2%有一个狭窄的基勒环缝。

A环的厚度估计在10米至30米，质量是6.2×10^18公斤（大约是哈佩利恩的质量），它的光深度变化在0.4至1.0之间。

与B环相似，A环的外缘也受到轨道共振的维护，它是与杰纳斯和艾比米修斯有7:6的轨道共振。其他的轨道共振也在A环内激发出许多螺旋密度波（并且，程度较小，其他的环也有），并占有大多数的结构。这些波与描述星系旋臂波的物理是相同。螺旋弯曲的波浪，也出现在A环并且由同一种理论来描述，在环中是垂直的槽纹而不是压缩波。

恩克环缝恩克环缝是在A环内宽325公里的缝隙，中心与土星中心的距离是133,590公里，它是由轨道在环内的小卫星潘造成的。来自卡西尼太空船的影像显示，至少有三个薄的，纠结在一起小环存在于缝隙内。在两侧可以看见螺旋密度波，这是与来自外部在附近的卫星对环的轨道共振造成的，而在环内潘的诱导下使这些螺旋格外的有活力（参考图集）。

这个环是詹姆斯·爱德华·基勒在1888年发现的，约翰·恩克本人并没有观测过这个环缝，它是用来荣耀他对环所做的观测。

因为完全在A环之内，因此恩克环缝是一个缝隙。在2008年国际天文联合会对此说明之前，gap和division在意义上有些模拟两可，而在此之前有时会将恩克环缝称为恩克裂缝。

基勒环缝基勒环缝是宽42公里的缝隙，位于A环内距离外缘约250公里处，它是以天文学家詹姆斯·爱德华·基勒之名命名的。在2005年5月1日，在缝隙中发现使这个区域被净空的小卫星达佛涅斯，这颗卫星也导致缝隙边缘的波纹。

小卫星在2006年，四颗小卫星在卡西尼号拍摄的A环影像内被发现（参考图集）。这些小卫星的直径只有数百米，因为太小而难以直接被看见。卡西尼号是看见这些小卫星引起如同推进器造成长达数公里的湍流才发现它们的，估计在A环内有数百颗这样的小天体。在2007年，又发现了8颗以上的小天体，它们制造出了长达3,000公里的扰流带，与土星中心的距离大约是130000公里。已经有超过150颗的推进器小卫星被侦测过。

B环

B环是所有环中最大、最亮与质量最多的。它的厚度估计在5～15米，质量在2.8×10公斤，光深度的变化在0.4至2.5之间，意味着通过B环的光线有将近99%会被阻拦。B环在密度和光度上的许多变化，几乎都还没有获得合理的解释。B环都是同心圆，虽然其中有许多狭窄的小环，但B环不包含任何的缝隙。

轮辐在1980年之前，土星环的结构完全都是使用万有引力来解释的，直到航海家的影像呈现出B环上有被称为轮辐的辐射状特征，而这是不可能如此来解释的。因为它们持续的时间和自转周期与依照轨道力学的环不一致。这些轮辐在背景散射光下呈现黑暗，而在前景散射光下显得明亮。（参考图集）主导的理论认为它们是微小的尘埃颗粒，受到主环上的静电排斥而悬浮在圆环平面上，因此它们的转动是与土星的磁气层同步。但是，造成轮辐的确实机制仍然不清楚，虽然有人建议这些电子干扰可能来自土星大气层中释放的闪电或微流星体对土星环的冲击。

直到25年后轮辐才再度由卡西尼号太空船观测。当卡西尼号在2004年初抵达土星时，轮辐并未被看到。有些科学家根据他们试图描述轮辐形成的模型推测要到2007年才会看到轮辐，然而卡西尼号的影像小组在保留的土星环影像中搜寻，在2005年9月5日就看见了轮辐。

轮辐的出现似乎有季节性的变化现象，在土星的仲冬或仲夏时消失不见，当土星接近分点时又再度出现。建议轮辐也许是一种季节性的作用，随着29.7年的土星轨道变化，这也支持在卡西尼后几年的任务中，轮辐会渐渐的增加。

C环

C环是在B环内侧很宽阔但暗淡的环，它在1850年被威廉和乔治·邦德发现的，可是威廉·R.道斯和约翰·伽勒也独立看到。威廉·拉塞尔因为它比明亮的A环和B环黯淡而称他为"黑纱环"。

估计他的垂直厚度只有5米，质量大约是1.1×10公斤，光深度在0.05至0.12之间变化。也就是说垂直通过环的光只有5%至12%会被圆环阻拦，因此从上或下看环时，它几乎是透明的。

科伦坡缝在C环靠内侧的位置，缝隙中有着明亮和很窄的科伦坡小环，中心距离土星的中心77883公里，这个环有些微的椭圆而不是正圆。这个小环因为受到泰坦轨道共振的约束，有时也被称为泰坦小环。在环的这个位置上，环上质点拱点进动的周期与泰坦的轨道周期刚好相同，因此这个偏心小环最外面的尾端总是指向着泰坦。

马克士威缝马克士威缝在C环靠外侧的位置，它也拥有一个密集但不圆的马克士威小环。在许多细节上这个小环与天王星的ε环相似。在这两个环中间都有像波状的结构，在天王星ε环的波是由卡多利亚造成的，但迄2008年7月仍未在马克士威缝内或附近发现卫星。

D环

D环是最侧的环，并且非常暗弱。在1980年，航海家1号侦测到在其中有个小环，分别标示为D73、D72和D68是最靠近土星并被分离出的小环。25年之后，卡西尼影像显示D72明显的变得更为微弱并且朝向土星移动了200公里。出现在C环和D73之间的缝隙是分离30公里波长的精细尺度结构。

环的细节

土星环最密集的范围是被卡西尼缝（在1675年被卡西尼发现）分隔的A环和B环，在一起的是有部分愈卡西尼相似，在1850年发现的C环，这些构成了主环。主环是密集和包含比细小的尘埃环更大的颗粒，后者包含了向内一直延伸至土星云顶的D环，以及在主环系统外面的G和E环。"尘埃"这个字眼是用来描述散布在环内的小型微粒（通常只有微米的大小）；它们的化学组成像主环一样，几乎完全都是碎冰。狭窄的F环，就在A环外侧的边缘，很难分类，它的部分非常密集，但也包含很多尘埃大小的颗粒。

解释：由卡西尼号的小角度摄影机拍摄的影像以自然的颜色马赛克而成，由左至右依序为不受光侧的D、C、B、A和F环。

Notes:距离是量至环缝的中心，环和小环的区别在环的宽度是否小于1,000公里。

非官方的名称除非另有说明，名称是由国际天文学联合会指定的。在圆环之间更加宽广的分离会被命名为裂缝，在环之间狭窄的空隙称为缝'

资料主要来自GazetteerofPlanetaryNomenclature和NASAfactsheet.

图片解释：倾斜的(4度角)卡西尼号的影像，由左至右依序为土星的C、B和A环，微弱的F环在足够大的图的上部，于光线充足的情况下可以看见。上图：由卡西尼号的小角度摄影机以自然的颜色拍摄受光面的环，以马赛克合成的影像，拍摄的时间是2004年12月12日。下图：在2005年5月3日举行的一次无线电掩星的摹拟观测，更下面的图像以颜色表示出环中颗粒的大小。

含量

光环可能含有大量的水份，构成它们的是直径从几厘米到几米的冰块和雪球。某些光环，如F环的结构在邻近的卫星引力拉扯下结构发生了细微的变化。科学家在“旅行者”号飞船发回的一张图片中发现，土星宽阔的B环上带有放射状的阴影，但在“旅行者”号此后拍摄的其他图片中却没有。据推测，这一现象可能因为光环在某些时候带有静电，漂浮在宇宙中的尘埃被吸附而造成的。

物理特性

使用现代的小望远镜或是品质精良的双筒望远镜就可以看见土星环。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厘米至10米都有。

环中最大的缝隙，像是卡西尼缝和恩克环缝，都能从地球上看见，两艘航海家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。有许多方法可以造成这些结构，来自土星众多卫星的引力拉扯也可以。有些缝隙是微小的卫星经过所清除的段落，像是潘，可能还有许多尚未发现的，也有些环被一些牧羊犬卫星的重力维系着（像是普罗米修斯和潘朵拉维护着的F-环。）。其他的缝隙可能是与质量较大的卫星轨道周期产生共振造成的，米马斯维系着卡西尼缝的存在，还有更多的环状结构因为受到其他卫星周期性的扰动而产生螺旋状的波浪。

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（O），这是来自太阳的紫外线与环中的冰交互作用而产生的。水分子之间的链结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O。根据这些大气的模型，也有H，O和H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。环中也有稀疏的OH（氧化氢）气体，如同O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。这些大气层尽管是非常的稀薄，还是被在地球上空的哈柏太空望远镜检测出来。

土星在它的亮度上呈现复杂的样式，大多的光度变化可以归咎于环的变化，并且在每个轨道周期有两个循环的变化。但是，由于行星轨道的离心率，使得叠加在北半球冲的时候比在南半球冲时更为明亮。

在1980年，航海家1号飞越土星时显示F-环是由三条细环像编辫子一样的纠结在一起，而呈现出复杂的结构；现在知道是在外面的二个环有突起的瘤，造成编织和纠结成团的幻觉，比较不亮的第三个环则在它们的内侧。

新环

据英国每日邮报报道，日前，天文学家通过美国宇航局“斯皮策”太空望远镜观测到土星“超级尺寸”的环状结构，之前他们未曾探测到。经测量该环状结构的垂直高度为土星直径的20倍，而土星的直径是地球的9倍。这个神秘的环状结构可以容纳10亿颗地球！

光环消失

2009年的大部分时间，当你拿起望远镜观测土星时，也许你会有些失望，因为你会发现，这顶“空中草帽”中的最好看的部分——帽沿儿，也就是土星环，仿佛消失了，它变成了一条细细的直线。1610年，当伽利略将他自制的望远镜对准土星时，他看到的就是土星环将要变成一条直线时的情景。在他的望远镜里，光环的两端仿佛像两只“耳朵”，当时的伽利略并没有意识到那是土星的光环，他认为土星是由大小不一的三颗星组成的。直到半个世纪后，这个疑团才由惠更斯解开，他用更先进的望远镜观测了土星，并宣布土星具有一个光环。

消失的光环

土星环给人最为强烈的印象是：异常明亮且薄如纸。2007年初，“卡西尼”号土星探测器运行到一个可以俯视整个土星环的轨道平面上，它这时发回的照片展示了土星环整个环系的全貌，它环环相连，仿佛一圈圈色彩亮丽的跑道环绕着其间巨大的土星。

根据科学家们先前的估计，如果将组成土星环的材料做成一个星球，这个由尘埃和冰构成的星球可以做得和土卫一一般大小。土卫一的直径为390千米，而土星环的宽度达25万千米，如此来说，土星环的平均厚度只有几十米。不过近来科学家们对土星环的质量和密度有了新的看法，他们发现土星环虽然看起来很平滑，但很多地方其实是由块状物构成的，这表明人们可能低估了土星环的质量和它的物质密度。

土星环的结构极为复杂，它的内侧多尘埃，而外侧则以水冰为主。它的主环根据离土星从近到远的顺序分别被命名为D、C、B、A、F、G和E。其实，土星环可以说多得数不胜数，仿佛一张巨大无比的密纹唱片，其上的光环成千上万。关于它们的形成，现在的观点有两种，一种是由法国天文学家爱德华·洛希提出的，他认为土星环曾是土星的一个卫星，后因其轨道离土星太近而被土星的潮汐力撕裂，从而形成了光环。第二种观点认为，土星环是土星形成之初原始星云的一部分，这个理论一直不为多数人所接受，因为他们认为土星环的年龄只有几百万年，至多也就一亿年，而土星则有几十亿年了，然而最新的研究却显示，土星环相当古老，它可能已经存在45亿年了。

2018年12月，美国航天局一项新研究显示，土星正在“吃掉”环绕运行的土星环，这一主要由水冰组成的颗粒带可能不到1亿年后就不复存在了。

光环归来

此外，人们在土星环上还有许多新的发现，例如D环已变得更暗，且向着土星的方向移动了100多千米，土星环的质量实际上比先前估计的更大，且表面更加粗糙等，这些发现很有可能彻底地颠复以前人们对土星环的起源和寿命的认识。自“旅行者”号访问土星以来，人们便一直认为土星环很年轻，也许就产生于地球上的恐龙时代，然而新的研究则表明，土星环和太阳系同样古老，而且可能还会存在几十亿年。认为土星环很年轻的理由部分来源于一种简单的常识，一个物体，假若它光洁明亮，它就可能是一个新器物，万物皆同理，土星环虽存在于无垠的宇宙中，却也不应该例外，假若它和土星一样在宇宙中存在了45亿年，那它宽阔的环面为什么没被宇宙中的尘埃污染得黝黑暗淡，却依然光洁如砥呢？

所以科学家们曾经认为，土星环并不是总是在那里的，它大约产生于一亿年前的一次偶然事件，或许是一颗来自太阳系以外的星球运行到土星的附近被土星巨大的潮汐力所撕碎，演变成了一个环，或许是一颗彗星撞上了土星的一颗卫星，它们的碎片环绕于土星，形成了土星环。

然而随着“卡西尼”号对土星环的观测日益细致，人们发现了新的事实。科学家使用“卡西尼”号搭载的紫外线图像光谱仪仔细研究了土星环中的颗粒，他们发现土星环实际上是很粗糙的，其中的物质大小不一，有些细于沙粒，有些大于巨石，环里的团块夹杂着冰和岩石，在环内物质的循环过程中，它们将来自宇宙的污染物稀释和吸收掉了，所以土星环看起来并不暗淡。科学家还用来自“卡西尼”号的观测数据用电脑模拟了土星环内物质的运动情况，2008年9月，他们宣布说，土星环可能比先前预料的更大、历史更久远，它很可能早在45亿年前就形成了，与土星同样古老。

值得一提的是，即便土星环相当古老，并且不会很快消失，这样的环在宇宙中也似乎是不容易见到的。现在人们知道，行星有环并不是稀有的现象，在太阳系里，海王星、天王星、木星都有环，然而它们的环都没有土星环这般明亮，宏伟并且如此神奇。或许这样的环离我们很远，或许这样的环本来就非常稀有。

2009年的土星环也许并不迷人，然而却是不易见到的景象。当土星环因侧面朝向地球而显示出一条直线的时候，天文学家们称之为“环面穿越”，在土星绕太阳公转的过程中，“环面穿越”的景色并非常有。2009年真正出现“环面穿越”的时候是9月4日，那时土星环的侧面正好对着我们，不过那时土星太靠近太阳了，我们根本看不到它。但在2009年的其他时候，我们可以看到大致的效果。“环面穿越”的时间是很短的，此后，美丽的土星环又将重现了。