形成
光環的形成原因還不十分清楚，據推測可能是由彗星、小行星與較大的土衛相撞後産生的碎片組成的。
土星是太陽系九大行星之一，按離太陽由近及遠的次序為第六顆。中國古代稱土星為填星或鎮星。
土星光環結構複雜，千姿百态。光環環環相套，以至成千上萬個，看上去更像一張碩大無比的密紋唱片上那一圈圈的螺旋紋路。所有的環都由大小不等的碎塊顆粒組成，大小相差懸殊，大的可達幾十米，小的不過幾厘米或者更微小。它們外包一層冰殼，由于太陽光的照射，而形成了動人的明亮光環。
長期以來，這條光環是如何形成的，一直是天文學家努力研究的熱點問題。2010年12月《自然》雜志發表文章，讨論了有關此事的最新成果。文章說，幾百萬年前，一顆衛星在土星引力作用下與包圍土星的大氣相撞。随後，土星吸住“死星”外圍冰塊，最終成型了美麗光環。
此前，人們認為，土星光環是其衛星彼此相撞或者是外來星雲與土星相撞的結果，不過天文學家發現，土星光環主要由冰構成（95%）。因此，它很可能是一顆“冰殼衛星”與土星外圍物質相撞後的結果。這顆死星其他部分因重量較大而墜入土星大氣層。
組成
土星的光環其實可以分成幾個不同的部分，最明亮最寬闊的是A環和B環，較暗的是C環。光環的各部分之間有明顯的裂縫，最大裂縫的是A環和B環間的Cassini裂縫，它是由GiovanniCassini在1657年發現的。A環内的Encke縫則是由JohannEncke1837年發現的。通過飛船的探測，人們還發現較寬的光環其實是由許多狹窄的小環組成的。
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A環
A環是外層最大與最亮的環，它的内側邊界是卡西尼縫，而他明确的外緣邊界與小衛星阿特拉斯的軌道非常靠近。A環在從外緣算起環寬度的22%處被恩克環縫中斷。從外緣算起在寬度的2%有一個狹窄的基勒環縫。
A環的厚度估計在10米至30米，質量是6.2×10^18公斤（大約是哈佩利恩的質量），它的光深度變化在0.4至1.0之間。
與B環相似，A環的外緣也受到軌道共振的維護，它是與傑納斯和艾比米修斯有7:6的軌道共振。其他的軌道共振也在A環内激發出許多螺旋密度波（并且，程度較小，其他的環也有），并占有大多數的結構。這些波與描述星系旋臂波的物理是相同。螺旋彎曲的波浪，也出現在A環并且由同一種理論來描述，在環中是垂直的槽紋而不是壓縮波。
恩克環縫恩克環縫是在A環内寬325公裡的縫隙，中心與土星中心的距離是133,590公裡，它是由軌道在環内的小衛星潘造成的。來自卡西尼太空船的影像顯示，至少有三個薄的，糾結在一起小環存在于縫隙内。在兩側可以看見螺旋密度波，這是與來自外部在附近的衛星對環的軌道共振造成的，而在環内潘的誘導下使這些螺旋格外的有活力（參考圖集）。
這個環是詹姆斯·愛德華·基勒在1888年發現的，約翰·恩克本人并沒有觀測過這個環縫，它是用來榮耀他對環所做的觀測。
因為完全在A環之内，因此恩克環縫是一個縫隙。在2008年國際天文聯合會對此說明之前，gap和division在意義上有些模拟兩可，而在此之前有時會将恩克環縫稱為恩克裂縫。
基勒環縫基勒環縫是寬42公裡的縫隙，位于A環内距離外緣約250公裡處，它是以天文學家詹姆斯·愛德華·基勒之名命名的。在2005年5月1日，在縫隙中發現使這個區域被淨空的小衛星達佛涅斯，這顆衛星也導緻縫隙邊緣的波紋。
小衛星在2006年，四顆小衛星在卡西尼号拍攝的A環影像内被發現（參考圖集）。這些小衛星的直徑隻有數百米，因為太小而難以直接被看見。卡西尼号是看見這些小衛星引起如同推進器造成長達數公裡的湍流才發現它們的，估計在A環内有數百顆這樣的小天體。在2007年，又發現了8顆以上的小天體，它們制造出了長達3,000公裡的擾流帶，與土星中心的距離大約是130000公裡。已經有超過150顆的推進器小衛星被偵測過。
B環
B環是所有環中最大、最亮與質量最多的。它的厚度估計在5～15米，質量在2.8×10公斤，光深度的變化在0.4至2.5之間，意味着通過B環的光線有将近99%會被阻攔。B環在密度和光度上的許多變化，幾乎都還沒有獲得合理的解釋。B環都是同心圓，雖然其中有許多狹窄的小環，但B環不包含任何的縫隙。
輪輻在1980年之前，土星環的結構完全都是使用萬有引力來解釋的，直到航海家的影像呈現出B環上有被稱為輪輻的輻射狀特征，而這是不可能如此來解釋的。因為它們持續的時間和自轉周期與依照軌道力學的環不一緻。這些輪輻在背景散射光下呈現黑暗，而在前景散射光下顯得明亮。（參考圖集）主導的理論認為它們是微小的塵埃顆粒，受到主環上的靜電排斥而懸浮在圓環平面上，因此它們的轉動是與土星的磁氣層同步。但是，造成輪輻的确實機制仍然不清楚，雖然有人建議這些電子幹擾可能來自土星大氣層中釋放的閃電或微流星體對土星環的沖擊。
直到25年後輪輻才再度由卡西尼号太空船觀測。當卡西尼号在2004年初抵達土星時，輪輻并未被看到。有些科學家根據他們試圖描述輪輻形成的模型推測要到2007年才會看到輪輻，然而卡西尼号的影像小組在保留的土星環影像中搜尋，在2005年9月5日就看見了輪輻。
輪輻的出現似乎有季節性的變化現象，在土星的仲冬或仲夏時消失不見，當土星接近分點時又再度出現。建議輪輻也許是一種季節性的作用，随着29.7年的土星軌道變化，這也支持在卡西尼後幾年的任務中，輪輻會漸漸的增加。
C環
C環是在B環内側很寬闊但暗淡的環，它在1850年被威廉和喬治·邦德發現的，可是威廉·R.道斯和約翰·伽勒也獨立看到。威廉·拉塞爾因為它比明亮的A環和B環黯淡而稱他為"黑紗環"。
估計他的垂直厚度隻有5米，質量大約是1.1×10公斤，光深度在0.05至0.12之間變化。也就是說垂直通過環的光隻有5%至12%會被圓環阻攔，因此從上或下看環時，它幾乎是透明的。
科倫坡縫在C環靠内側的位置，縫隙中有着明亮和很窄的科倫坡小環，中心距離土星的中心77883公裡，這個環有些微的橢圓而不是正圓。這個小環因為受到泰坦軌道共振的約束，有時也被稱為泰坦小環。在環的這個位置上，環上質點拱點進動的周期與泰坦的軌道周期剛好相同，因此這個偏心小環最外面的尾端總是指向着泰坦。
馬克士威縫馬克士威縫在C環靠外側的位置，它也擁有一個密集但不圓的馬克士威小環。在許多細節上這個小環與天王星的ε環相似。在這兩個環中間都有像波狀的結構，在天王星ε環的波是由卡多利亞造成的，但迄2008年7月仍未在馬克士威縫内或附近發現衛星。
D環
D環是最側的環，并且非常暗弱。在1980年，航海家1号偵測到在其中有個小環，分别标示為D73、D72和D68是最靠近土星并被分離出的小環。25年之後，卡西尼影像顯示D72明顯的變得更為微弱并且朝向土星移動了200公裡。出現在C環和D73之間的縫隙是分離30公裡波長的精細尺度結構。
星體特點
延伸
土星光環除了明亮還又寬又薄。土星環延伸到土星以外遼闊的空間，土星最外環距土星中心有10~15個土星半徑，土星光環寬達20萬公裡，可以在光環面上并列排上十多個地球，如果拿一個地球大小的球體在上面滾來滾去，其情形如同皮球在人行道上滾動一樣。主要的土星環寬度從48公裡到30.2萬公裡不等，以英文字母的頭7個命名，距離土星從近到遠的土星環分别以被發現的順序命名為D、C、B、A、F、G和E.土星及土星環在太陽系形成早期已形成,當時太陽被宇宙塵埃和氣體所包圍,最後形成了土星和土星環。土星光環又很薄。我們在地球上透過土星環，還可見到光環後面的側面閃爍的星星，土星環估計最厚不超過150公裡。所以，當光環的側面轉向我們時，遠在地球上的人望過去，150公裡厚的土星環就像薄紙一張——光環“消失”了。每隔15年，光環就要消失一次。
奇異的土星光環位于土星赤道平面内，與地球公轉情況一樣，土星赤道面與它繞太陽運轉軌道平面之間有個夾角，這個27°的傾角，造成了土星光環摸樣的變化。我們會一段時間“仰視”土星環，一段時間又“俯視”土星環，這種時候的土星環像頂漂亮的寬邊草帽。另外一些時候，它又像一個平平的圓盤，或者突然隐身不見，這是因為我們在“平視”光環，即使是最好的望遠鏡也難覓其“芳蹤”。在1950~1951年、1995~1996年，都是土星環失蹤年。
環辨
土星環裡還藏着一個不太亮的光點，那正是我們的地球。不過将土星環說成由衛星演變而成也許并沒有錯，通過“卡西尼”号2007年傳回的數據，科學家至少在土星的一條光環——G環上找到了足以驗證這個理論的依據。G環位于土星環的外側，1979年，“旅行者”号飛經土星時偶然發現了這條環，環的附近就是土衛一，它離G環隻有1.5萬千米，可是G環卻并沒有被土衛一分解成灰塵雲。借助“卡西尼”号發回的數據，科學家發現，G環的内側有一道明亮的弧狀結構，它是由直徑數十米的岩石構成的，正是這些岩石被不斷碰撞後分解成了G環的一部分。科學家解釋說，G環内曾經存在過一顆衛星，但不知是什麼原因，它解體了，演化成了環，而“卡西尼”号恰巧看到了這個演化過程的最後一幕。
與G環相鄰的F環也是科學家們極感興趣的一條光環。這個環的奇特之處在于它時常改變外形使自己變成一種扭結的形态。科學家推測：F環中可能存在着尚未發現的小衛星，當它們穿過這個環時，會對環的外形産生影響。2008年6月，科學家在《自然》雜志上公布了他們對這個環的最新的研究結果，他們說，F環中确實有這樣的小衛星，而且，這個環還受到土衛十六和土衛十七的影響，它們分别位于F環的内側和外側，其共同的作用會束縛和擠壓F環，導緻它發生交錯現象。土衛十六還沿着一個橢圓的軌道穿行于F環，每次穿行都會在F環上拖出一道溝，由此産生的引力使F環彎曲和拉伸，從而扭結成一個螺旋的形狀。科學家說，對于F環的研究意義重大，它有助于我們認識其他氣體巨星的環的行為，這種複雜的環與衛星的互動關系會成為我們認識行星環的重要依據。
與F環相比，土星的A環和B環吸引了科學家們更多的視線。科學家在A環中頻頻發現新的塊狀物，它們的直徑多為100米左右，其數量已達幾十個之多。這使科學家們意識到，土星周圍這樣的小衛星非常多，可能以數百萬計，而A環中的土衛十八和土衛三隻是其中的最大者，這表明土星環中的物質形态除了較大衛星和較小的顆粒外，這種“中間大小”的物質亦非常重要。這一發現将有助于人類對土星環乃至于整個太陽系形成理論的重新認識。A環與B環僅一“縫”之隔，這個“縫”就是卡西尼縫。跨過卡西尼縫就是寬闊的B環，存在于B環上的最大謎團是它上面的輻射條紋，它們是一些由靜電造成的塵埃雲團，在20世紀80年代便被發現了，然而直到現在，對它們的解釋依然是衆說紛纭的。一種解釋是，它們産生于土星上的雷暴和閃電，另一種解釋則歸咎于隕星的碰撞或太陽風粒子的沖擊。科學家發現，這些條紋的亮度似乎随土星季節的轉換而發生明暗變化，在土星的春秋時節最為明顯，8月，土星将過分點，屆時從事卡西尼任務的科學家們将對B環進行仔細的觀測，也許B環上的輻射條紋之謎會于不久之後得到更加合理的解釋。
環的細節
土星環最密集的範圍是被卡西尼縫（在1675年被卡西尼發現）分隔的A環和B環，在一起的是有部分愈卡西尼相似，在1850年發現的C環，這些構成了主環。主環是密集和包含比細小的塵埃環更大的顆粒，後者包含了向内一直延伸至土星雲頂的D環，以及在主環系統外面的G和E環。"塵埃"這個字眼是用來描述散布在環内的小型微粒（通常隻有微米的大小）；它們的化學組成像主環一樣，幾乎完全都是碎冰。狹窄的F環，就在A環外側的邊緣，很難分類，它的部分非常密集，但也包含很多塵埃大小的顆粒。
由卡西尼号的小角度攝影機拍攝的影像以自然的顔色馬賽克而成，由左至右依序為不受光側的D、C、B、A和F環。
Notes: 距離是量至環縫的中心，環和小環的區别在環的寬度是否小于1,000公裡
非官方的名稱 除非另有說明，名稱是由國際天文學聯合會指定的。在圓環之間更加寬廣的分離會被命名為裂縫，在環之間狹窄的空隙稱為縫'
資料主要來自 Gazetteer of Planetary Nomenclature 和 NASA factsheet.
圖片解釋：傾斜的 (4度角) 卡西尼号 的影像，由左至右依序為土星的C、B和A環，微弱的F環在足夠大的圖的上部，于光線充足的情況下可以看見。由卡西尼号的小角度攝影機以自然的顔色拍攝受光面的環，以馬賽克合成的影像，拍攝的時間是2004年12月12日。圖7：在2005年5月3日舉行的一次無線電掩星的摹拟觀測，更下面的圖像以顔色表示出環中顆粒的大小。
含量
光環可能含有大量的水份，構成它們的是直徑從幾厘米到幾米的冰塊和雪球。某些光環，如F環的結構在鄰近的衛星引力拉扯下結構發生了細微的變化。科學家在“旅行者”号飛船發回的一張圖片中發現，土星寬闊的B環上帶有放射狀的陰影，但在“旅行者”号此後拍攝的其他圖片中卻沒有。據推測，這一現象可能因為光環在某些時候帶有靜電，漂浮在宇宙中的塵埃被吸附而造成的。
天文發現
1610年，意大利天文學家伽利略觀測到在土星的球狀本體旁有奇怪的附屬物。1659年，荷蘭學者惠更斯證認出這是離開本體的光環。1675年意大利天文學家卡西尼，發現土星光環中間有一條暗縫，後稱卡西尼環縫。他還猜測，光環是由無數小顆粒構成。兩個多世紀後的分光觀測證實了他的猜測。但在這二百年間，土星環通常被看做是一個或幾個扁平的固體物質盤。直到1856年，英國物理學家麥克斯韋從理論上論證了土星環是無數個小衛星在土星赤道面上繞土星旋轉的物質系統。
土星環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有五個，其中包括三個主環（A環、B環、C環）和兩個暗環（D環、E環）。B環既寬又亮，它的内側是C環，外側是A環。A環和B環之間為寬約5，000公裡的卡西尼縫，它是天文學家卡西尼在1675年發現的。B環的内半徑 91，500公裡，外半徑116，500公裡，寬度是25，000公裡，可以并排安放兩個地球。
A環的内半徑121，500公裡，外半徑137，000公裡，寬度15，500公裡。C環很暗，它從B環的内邊緣一直延伸到離土星表面隻有12，000公裡處，寬度約19，000公裡。1969年在C環内側發現了更暗的D環，它幾乎觸及土星表面。在A環外側還有一個E環，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号探測到兩個新環——F環和G環。F環很窄，寬度不到800公裡，離土星中心的距離為2.33個土星半徑，正好在A環的外側。
G環離土星很遠，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号還測定了A環、B環、C環和卡西尼縫的位置、寬度，其結果同地面觀測相差不大。“先驅者”11号的紫外輝光觀測發現，在土星的可見環周圍有巨大的氫雲。環本身是氫雲的源。除了A環、B環、C 環以外的其他環都很暗弱。土星的赤道面與軌道面的傾角較大，從地球上看，土星呈現出南北方向的擺動，這就造成了土星環形狀的周期變化。仔細觀測發現，土星環内除卡西尼縫以外，還有若幹條縫，它們是質點密度較小的區域，但大多不完整且具有暫時性。隻有A環中的恩克縫是永久性的，不過，環縫也不完整。科學家認為這些環縫都是土星衛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号在A環與F環之間發現一個新的環縫，稱為“先驅者縫”，還測得恩克縫的寬度為876公裡。由觀測闡明土星環的本質，要歸功于美國天文學家基勒，他在1895年從土星環的反射光的多普勒頻移發現土星環不是固體盤，而是以獨立軌道繞土星旋轉的大群質點。土星環掩星并沒有把被掩的星光完全擋住，這也說明土星環是由分離質點構成的。1972年從土星環反射的雷達回波得知，環的質點是直徑介于4到30厘米之間的冰塊。
物理特性
使用現代的小望遠鏡或是品質精良的雙筒望遠鏡就可以看見土星環。密集的主要環帶從赤道上方7 000 公裡延伸至80 000 公裡，但估計它的厚度隻有10米，并且99.9%都是冰，也許還參雜着少許的雜質，像是有機化合物托林或矽酸鹽。主要環帶中的顆粒大小範圍從1厘米至10米都有。環中最大的縫隙，像是卡西尼縫和恩克環縫，都能從地球上看見，兩艘航海家太空船都發現環實際上是由數以萬計稀薄的小環和空隙構成的複雜結構體。有許多方法可以造成這些結構，來自土星衆多衛星的引力拉扯也可以。有些縫隙是微小的衛星經過所清除的段落，像是潘，可能還有許多尚未發現的，也有些環被一些牧羊犬衛星的重力維系著（像是土衛十六和土衛十七維護着的F-環。）。其他的縫隙可能是與質量較大的衛星軌道周期産生共振造成的，土衛一維系著卡西尼縫的存在，還有更多的環狀結構因為受到其他衛星周期性的擾動而産生螺旋狀的波浪。
來自卡西尼太空船的資料顯示土星環有自己的大氣層，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中的冰交互作用而産生的。水分子之間的鍊結受到紫外線的刺激産生化學作用釋放出并抛出了氣體，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的周圍，它的厚度隻是一個原子。環中也有稀疏的OH（氧化氫）氣體，如同O2一樣，這些氣體也是水分子的崩解導緻的，經由轟擊将水分子崩解的高能量離子是由土衛二抛射出來的。這些大氣層盡管是非常的稀薄，還是被在地球上空的哈柏太空望遠鏡檢測出來。
土星在它的亮度上呈現複雜的樣式，大多的光度變化可以歸咎于環的變化，并且在每個軌道周期有兩個循環的變化。但是，由于行星軌道的離心率，使得疊加在北半球沖的時候比在南半球沖時更為明亮。在1980年，航海家1号飛越土星時顯示F-環是由三條細環像編辮子一樣的糾結在一起，而呈現出複雜的結構；2014年我們知道是在外面的二個環有突起的瘤，造成編織和糾結成團的幻覺，比較不亮的第三個環則在它們的内側。
新環
據英國每日郵報報道，日前，天文學家通過美國宇航局斯皮策太空望遠鏡觀測到土星“超級尺寸”的環狀結構，之前他們未曾探測到。經測量該環狀結構的垂直高度為土星直徑的20倍，而土星的直徑是地球的9倍。這個神秘的環狀結構可以容納10億顆地球！消亡
2018年12月，美國航天局一項新研究顯示，土星正在“吃掉”環繞運行的土星環，這一主要由水冰組成的顆粒帶可能不到1億年後就不複存在了。
光環歸來
此外，人們在土星環上還有許多新的發現，例如D環已變得更暗，且向着土星的方向移動了100多千米，土星環的質量實際上比先前估計的更大，且表面更加粗糙等，這些發現很有可能徹底地颠覆以前人們對土星環的起源和壽命的認識。自“旅行者”号訪問土星以來，人們便一直認為土星環很年輕，也許就産生于地球上的恐龍時代，然而新的研究則表明，土星環和太陽系同樣古老，而且可能還會存在幾十億年。認為土星環很年輕的理由部分來源于一種簡單的常識，一個物體，假若它光潔明亮，它就可能是一個新器物，萬物皆同理，土星環雖存在于無垠的宇宙中，卻也不應該例外，假若它和土星一樣在宇宙中存在了45億年，那它寬闊的環面為什麼沒被宇宙中的塵埃污染得黝黑暗淡，卻依然光潔如砥呢?所以科學家們曾經認為，土星環并不是總是在那裡的，它大約産生于一億年前的一次偶然事件，或許是一顆來自太陽系以外的星球運行到土星的附近被土星巨大的潮汐力所撕碎，演變成了一個環，或許是一顆彗星撞上了土星的一顆衛星，它們的碎片環繞于土星，形成了土星環。
然而随着“卡西尼”号對土星環的觀測日益細緻，人們發現了新的事實。科學家使用“卡西尼”号搭載的紫外線圖像光譜儀仔細研究了土星環中的顆粒，他們發現土星環實際上是很粗糙的，其中的物質大小不一，有些細于沙粒，有些大于巨石，環裡的團塊夾雜着冰和岩石，在環内物質的循環過程中，它們将來自宇宙的污染物稀釋和吸收掉了，所以土星環看起來并不暗淡。科學家還用來自“卡西尼”号的觀測數據用電腦模拟了土星環内物質的運動情況，2008年9月，他們宣布說，土星環可能比先前預料的更大、曆史更久遠，它很可能早在45億年前就形成了，與土星同樣古老。
值得一提的是，即便土星環相當古老，并且不會很快消失，這樣的環在宇宙中也似乎是不容易見到的。人們知道，行星有環并不是稀有的現象，在太陽系裡，海王星、天王星、木星都有環，然而它們的環都沒有土星環這般明亮，宏偉并且如此神奇。或許這樣的環離我們很遠，或許這樣的環本來就非常稀有。
2009年的土星環也許并不迷人，然而卻是不易見到的景象。當土星環因側面朝向地球而顯示出一條直線的時候，天文學家們稱之為“環面穿越”，在土星繞太陽公轉的過程中，“環面穿越”的景色并非常有。2009年真正出現“環面穿越”的時候是9月4日，那時土星環的側面正好對着我們，不過那時土星太靠近太陽了，我們根本看不到它。但在2009年的其他時候，我們可以看到大緻的效果。“環面穿越”的時間是很短的，此後，美麗的土星環又将重現了。
