水星上最大的地貌特征之一是Caloris盆地，直徑約為1300千米，人們認為它與月球上最大的盆地Maria相似。如同月球的盆地，Caloris盆地很有可能形成於太陽係早期的大碰撞中，那次碰撞大概同時造成了星球另一麵正對盆地處奇特的地形。
除了布滿隕石坑的地形，水星也有相對平坦的平原，有些也許是古代火山運動的結果，但另一些大概是隕石所形成的噴出物沉積的結果。
水手號探測器的數據提供了一些近期水星上火山活動的初步跡象，但我們需要更多的資料來確認。
令人驚訝的是，水星北極點的雷達掃描（一處未被水手10號勘測的區域）顯示出在一些隕石坑的被完好保護的隱蔽處存在冰的跡象。
水星有一個小型磁場，磁場強度約為地球的1%。
至今未發現水星有衛星。
通常通過雙筒望遠鏡甚至直接用肉眼便可觀察到水星，但它總是十分靠近太陽，在曙暮光中難以看到。MikeHarvey的行星尋找圖表指出此時水星在天空中的位置（及其他行星的位置），再由“星光燦爛”這個天象程序作更多更細致的定製。
水星的外貌
在太陽係的九大行星中，水星最靠近太陽。它屬於內行星。從地球上看去，水星和太陽之間的視角距（即兩個天體在觀測者眼裏所張的角度）不超過28°。我國古代把30°叫做-“辰”，水星離太陽的視角距不超過一辰，因而我國古代把它稱為“辰星”。
水星最亮的時候，目視星等達-1.9等。由於水星和太陽之間的視角距離不大，使得水星經常因距離太陽太近，淹沒在耀眼的陽光之中而不得見。即使在最宜於觀察的條件下，也隻有在日落西山之後，在西天低處的夕陽餘暉中，或是在日出之前，在東方地平線才能看到它。
在地麵上觀測水星，幾乎看不到它的細節。1973年11月3日，美國發射了水手10號宇宙飛船，對水星進行飛近探測。它是迄今唯一“訪問”過水星的宇宙飛船。在它與水星三次相會的過程中，向地麵發回了5000多張照片。在最後一次，它距水星表麵僅372千米，拍攝了非常清晰的水星電視圖像，天文學家驚奇地發現，水星表麵和月球表麵極為相似。
水星表麵大大小小的環形山星羅棋布，既有高山，也有平原，還有令人膽寒的懸崖峭壁。據統計，水星上的環形山有上千個，這些環形山比月亮上的環形山的坡度平緩些。1976年，國際天文學會聘請一些專家、學者為環形山命名，1987年正式公布了第一批環形山的名字，其中有15個環形山用了中國的人的名字。除了中國現代文學巨匠魯迅外，其他14位都是中國古代文學家和藝術家。
水星內幕
水星的運動
水星離太陽的平均距離為5790萬公裏，繞太陽公轉軌道的偏心率為0.206，故其軌道很扁。太陽係天體中，除冥王星外，要算水星的軌道最扁了。水星在軌道上的平均運動速度為48公裏/秒，是太陽係中運動速度最快的行星，它繞太陽運行一周隻需要88天，除公轉之外，水星本身也有自轉。過去認為水星的自轉周期應當與公轉周期相等，都是88天。1965年，美國天文學家戈登、佩蒂吉爾和羅·戴斯用安裝在波多黎各阿雷西博天文台的、當今世界上最大的射電望遠鏡測定了水星的自轉周期，結果並不是88天，而是58.646天，正好是水星公轉周期的2/3。水星軌道有每世紀快43″的反常進動。
地球每自轉一周就是一晝夜，而水星自轉三周才是一晝夜。水星上一晝夜的時間，相當於地球上的176天。與此同時，水星也正好公轉了兩周。因此人們說水星上的一天等於兩年。由於水星在近日點時總以同一經度朝著太陽，在遠日點時以相差90°的經度朝著太陽，所以水星隨著經度不同而出現季節變化。
水星的核心
水星外貌如月，內部卻很像地球，也分為殼、幔、核三層。水星的半徑為2439公裏，是地球半徑的38.2%，18個水星合並起來才抵得上一個地球的大小。質量為3.331026克，為地球質量的5.58%，平均密度為5.433克/cm3，略低於地球的平均密度。在九大行星中，除地球外，水星的密度最大。由此天文學家推測水星的外殼是由矽酸鹽構成的，其中心有個比月球大得多的鐵質內核。這個核球的主要成分是鐵、鎳和矽酸鹽。根據這樣的結構，水星應含鐵20000億億噸，按目前世界鋼的年產量（約8億噸）計算，可以開采2400億年，真是一座取之不盡，用之不竭的大鐵礦！
美國發射的“水手10號”在1974年3月、9月和1975年3月探測了水星，並向地麵發回5000多張照片，為我們了解水星提供了珍貴的信息。從照片上我們看出，水星的外貌酷似月球，有許多大小不一的環形山，還有輻射紋、平原、裂穀、盆地等地形。人們推測水星的殼層與月球類似，並且都有過隕星轟擊曆史。水星上有極稀薄的大氣，大氣壓小於210百帕，大氣中含有氦、氫、氧、碳、氬、氖、氙等元素。由於大氣非常稀薄，水星的表麵白天和夜晚的溫度相差很大。白天太陽光直射處溫度高達427℃，夜晚太陽照不到時，溫度降低到-173℃。溫差變化如此懸殊，絕不可能有生物存在。
水星的磁場
水星有沒有磁場？70年代以前，也是誰都不知道。而一般估計，這麼小的一個天體大概是不會有磁場的。
1973年11月，第一個也是到目前為止唯一的一個水星探測器發射成功，它的既定考察任務中，有一項就是探測水星究竟有沒有磁場。它就是美國的“水手10號”探測器。探測器曾經3次從水星上空飛過，那是在1974年的3月29日和9月21日，以及1975年3月16日。
“水手10號”第一次飛越水星時，最近時距水星隻有720多公裏。探測器上的照相機在拍攝布滿環形山的水星地貌的同時，磁強計意外地探測到水星似乎存在一個很弱的磁場，而且可能是跟地球磁場那樣有著兩個磁極的偶極磁場。水星表麵環形山和磁場的發現使科學家很感興趣，因為這些都是前所未知的。但是，磁場的存在必須得到進一步的證實，這就要等待到“水手10號”與水星的另一次接近。
水星上既無水，也沒有空氣。水星外觀同月球相似，隻是水星上有更多的環形山，高地平原參差不齊。與月麵有所不同的是，水星表麵分布著隆起的陡壁和山脊，宛如蘋果因水分蒸發而表麵收縮形成的皺紋。水星表麵寧靜、平滑，過去可能發生過火山活動，有火山熔岩形成的平麵狀地區，還遍布著大大小小的隕石坑。水星上有一個巨大的同心圓構造，它位於赤道地帶，直徑約有1300千米，被科學家命名為“卡路裏盆地”。水星表麵有100多個具有放射條紋的坑穴，還有大量斷崖，有的長達數百千米。水星的密度與地球接近，並有一全球性的磁場。水星磁場的發現，表示水星內部可能是一個高溫液態的金屬核，這個既重又大的鐵鎳內核直徑超過水星直徑的1/3，有整個月球那麼大。水星磁場強度隻有地球的1%，磁力線的分布圖形簡直就是地球磁場按比例的縮影。
總之，水星沒有空氣，沒有水分，也沒有衛星。其上的溫差很大，運行速度快，沒有什麼驚人的奇觀，更沒有任何生物痕跡。但是水星這種既像月球又像地球的特征，是宇宙中物質多樣性的生動證明，也是研究太陽係形成和起源的寶貴資料。
5.因其外表而得名的火星
火星
因為火星的火紅色，熾熱的神秘外表，總令人浮想聯翩，自古就吸引著人們，而希臘文明更是冠之以戰神之名。不過此時人們觀測火星的目的就如同其他天體般，大部分是為了占星，而真正為了科學目的的是在十七世紀之後，例如開普勒在提出行星運動定律時就是依據第穀對於火星運行的大量而精密的觀測資料。
喬瓦尼·夏帕雷裏所繪之火星地圖。
自從望遠鏡發明後，開始有更進一步的觀測。第一個將望遠鏡往天上瞧的伽利略所見之火星隻是一個橘紅小點，而隨著望遠鏡的發展，觀測者開始辨別到一些明暗特征，而惠更斯依此測出火星自轉周期約為24.6小時，他亦為首次紀錄南極冠的人。而一開始大家各自觀測，意見亦不一致，命名也未統一（例如用繪製者命名）。不過後來意大利的喬瓦尼·夏帕雷裏（GiovanniSchiaparelli）統合了各家說法而繪製了一個較可信的地圖，而命名取自地中海、中東等的地名和聖經等作為來源，而其餘則依照舊有的觀念：暗區被認為是湖（lacus）海（mare）等水體，如太陽湖（SolisLacus-LakeoftheSun）、塞壬海（MareSirenum-theSeaofSirens）、最明顯暗大三角-大塞地斯（SyrtisMajor）；而亮區則是陸地，如亞馬遜（Amazonis），而這個命名係統也延續下來。
當時，斯加帕雷裏和同期觀測者一樣，觀察到了火星表麵似乎有一些從暗區延伸出的細線，因為對於暗區是水體的傳統，他把這些細線命名為水道（canali），不過後來就被曲解了。
後來由於觀察到暗區會在冬季時縮小、夏季時擴張，有人提出暗區是植物覆蓋、而暗區的擴大縮小則是消長所引起的，改變以往認為暗區是海洋的說法。
帕西瓦爾·羅威爾（PercivalLowell）用小倍數望遠鏡觀察到了火星運河，他宣稱那些火星表麵的痕跡顯然是人工挖掘的運河，並認為一些地區亮度隨季節而改變是由於植被消長引起。風靡大眾的火星科幻中的火星人亦源於此。那些表麵線條現在知道大部分並不真的存在，在一些情形中，那是古老的幹水道或峽穀。火星表麵顏色的改變則是因為發生火星塵暴。
火星地形圖，青藍色以北為北方低原，綠色以南則為南方高原，而醒目的塔爾西斯地區則是西半球（左半）的深紅色區域，埃律西姆地區則是右邊的小紅色區。南方高原中亦有兩個大盆地，分別是阿爾及爾平原（西）與希臘平原（東）。
地理
不像水星隕石坑遍布，火星多了更多樣的地形，有高山、平原、峽穀，但由於重力較小等因素，火星亦有很不同的地方。南北半球的地形有著強烈的對比：北方是被熔岩填平的低原，南方則是充滿隕石坑的古老高地，而兩者之間以明顯的斜坡分隔；火山地形穿插其中，流水侵蝕而成的眾多峽穀亦分布各地，南北極則有以幹冰和水冰組成的極冠，風成沙丘亦廣布整個星球。而除此之外，火星更有很多耐人尋味的地形景觀。
火山
火星的火山和地球的不太一樣，除了重力較小使山能長的很高之外，缺乏明顯的板塊運動，使火山分布是以熱點為主，不像地球有火環的構造。火星的火山主要分布於塔爾西斯高原（TharsisBulge）、埃律西姆地區和零星分布於南方高原上，例如希臘平原東北的泰瑞納山（TyrrhenaPlatera）。
在西半球的塔爾西斯高原高約14公裏，伴隨著盛行火山作用的遺跡，其中五座大火山皆為盾狀火山，包括太陽係最高的奧林帕斯山，有21.287公裏高，550公裏寬。其他四座包括艾斯克雷爾斯山（AscraeusMons）、帕弗尼斯山（PavonisMons）、阿爾西亞山（ArsiaMons）和亞拔山（AlbaPatera）-以體積和1600公裏的直徑來看是太陽係最大的山。在大火山之間亦散布著零星的小火山。
在火星的另一端還有一個較小的火山群，以14.127公裏高的埃律西姆山（ElysiumMons）為主體，北南各有較矮的赫克提斯山（HecatesTholus）和歐伯山（AlborTholus）。
峽穀、河穀
在塔爾西斯高地東部有太陽係內最大的峽穀地貌：水手號峽穀（VallesMarineris）是一個4000公裏長7公裏深、複雜的大峽穀，是塔爾西斯高原形成時地殼張裂而形成。西起諾克提斯迷宮（NoctisLabyrinthus）、東經大片混沌地形（Choas）再轉北入克裏斯平原（ChrysePlanitia）。而克裏斯低原更有數條峽穀（或河穀）“流入”，如卡塞峽穀（KaseiValles），而各峽穀末端常有淚珠狀“島嶼”-也就是水流侵蝕的地形。
由於火星的自轉軸有明顯傾斜，亦有明顯的四季變化，不過一季約為地球的兩倍長。另一不同於地球的是，火星的軌道離心率比地球大，就是火星近日點、遠日點的差別較大，當位於近日點時，南半球處夏季，比北半球遠日點夏季所造成的升溫更強，而北半球的冬天亦比南半球的冬天冷。
大氣環流
火星大氣環流主要為單胞環流，由赤道相對熱空氣上升，漂至極區下沉，再沿地麵回到赤道。另外，在火星的夏半球，極冠的二氧化碳升華進入大氣，使氣壓升高；而冬半球由於二氧化碳凝華，氣壓下降，由於進出大氣的二氧化碳量高達25%，造成南北壓力差，空氣便傾向由高壓的夏半球流向低壓的冬半球，形成另一依季節而變向的環流。因此火星的天氣係統趨向成為全球性的，例如塵暴。
塵暴
由於火星氣壓低，當太陽甫照地表時，大氣便能快速增加動能，風速大，加上低重力，塵埃很容易被卷入空中。而就在南半球春夏季時，增溫快，易形成強烈的風，卷起的狂沙再加強增溫，風速更快，終於形成塵暴，從太空可看到一片褐色塵雲旋轉、移動。而這些區域性塵暴有些甚至發展成全球性塵暴，將整個星球籠罩在橘霧之下。水手9號到達火星的時候，火星被全球性塵暴遮住而無法觀測。
塵卷風
地球幹燥沙漠地常發生，在火星也一樣常見。塵卷風（dustdevils）宛如迷你形龍卷風，當地表被加熱時，上方空氣變上升、旋轉，挾帶砂石，在地表上遊走，在經過的地方因為把上層淺沙帶走，留下深色軌跡。
火星的雲層與南極冠
雲
火星的雲不像地球那麼多又較厚實，由於冷、幹、氣壓低，火星的雲通常不多且薄，有些是水冰構成，有些是幹冰構成，如果參雜沙塵則由白色變成黃色的黃雲，另外一些常見的雲，如：塔爾西斯山區和埃律西姆山區的山雲、哈伯太空望遠鏡中常見的赤道雲、火星邊緣的藍色雲靄等。
古人觀測火星時，認為火星在位置上及亮度上都常變不定，故又稱“熒惑”，在星占學上象征殘、疾、喪、饑、兵等惡象。“熒惑守心”是火星留守在“心宿”（天蠍座）的天文現象，“心宿”主要是有三顆星，中間這顆最亮，代表皇帝，旁邊的兩顆代表太子、庶子，“熒惑守心”是一個很罕見的天象，被認為是最不祥，可能出現兩種結果一是皇帝駕崩，或是宰相下台。西漢成帝綏和二年（7年），天文台觀測到了“熒惑守心”的天象，宰相翟方進被漢成帝賜了毒酒自殺。翟方進死沒幾天，漢成帝突然暴斃[3]，王莽後來稱帝，翟方進之子翟義起兵反王莽。中國史籍中記載“熒惑守心”記錄共二十三次，中國曆史上所有實際發生過的“熒惑守心”天象共三十八次。
迄今，人類已發射了約30個火星探測器。從1962年蘇聯發射火箭號係列探測器、1964年美國發射水手號係列探測器起，開始了探測火星的曆程。
蘇聯於1962年11月1日發射火星1號探測器。這個火星探測器高3.3米，直徑1.1米，重863千克，裝有拍攝火星表麵照片並傳回地麵的攝像裝置，還有考察火星上有機物、磁場、輻射帶等觀測儀器。4個月後，它在距離地麵1億多千米的地方與地麵通信中斷，沒有完成探測任務。1971年5月10日和28日發射的火星2號和3號探測器，半年後進入火星軌道，其中火星3號著陸艙還在火星表麵軟著陸，雖然僅發送20秒鍾電視信號，但它是第一個到達火星表麵的探測器。1973年7月26日發射的火星5號於1974年2月12日進入火星軌道，成為火星的人造衛星，發回首批火星照片。1973年8月5日發射的火星6號，在著陸過程中對火星大氣進了觀測，發回了火星大氣參數。1973年8月9日發射的火星7號於1974年3月9日在距火星1300千米處飛過，但該火星著陸器發生故障，使登陸失敗。15年後，1988年7月7日和12日前蘇聯又相繼發射福波斯1號和2號兩個火星探測器，但它們在太空飛行200天到達接近火星的軌道後與地麵失去聯係，探測失敗。
美國從1964年起發射水手號係列探測器，其中有4個成功地探測了火星。1964年11月28日升空的水手4號於1965年7月14日從離火星約1萬千米的地方掠過，第一次對火星作了近距離考察，探測到火星的大氣密度不足地球的1%，還拍攝了212張照片，從中可鑒別出火星的約300個火山口，火星表麵布滿環形山和沙漠。1969年2月24日和3月27日發射的水手6號和7號，於7月31日和8月4日在距火星約3400千米處飛過，對火星的大氣成分和結構作了探測，發現火星上到處是沙漠和大大小小的含鐵矽酸鹽岩石。1971年5月30日發射的水手9號於11月14日進入火星軌道飛行，拍攝了70%的火星表麵，傳回7000多張火星照片。其中第一張照片從根本上否定了火星存在運河的說法，因為從照片上看到的是如同沙漠裏一樣的由火星風形成的沙粒帶狀條紋。這些照片隻發現了許多幹涸的河床，其中有的長達1500千米，寬200千米，這表明火星上可能曾經存在過液態的水。水手9號拍攝的火星照片，為後來海盜號在火星著陸探測選定了地點。
1975年8月20日和9月9日，美國先後發射兩個海盜號探測器。它們在進入火星上空時軌道艙繞火星飛行，著陸艙則在火星表麵上軟著陸，1976年7月20日和9月3日它們先後在火星軟著陸後，著陸艙經軌道艙中繼向地球發回探測數據。共發回5萬多張火星照片。還對火星表麵的土壤取樣化驗分析，結果表明，火星上沒有發現任何生命存在的痕跡，也未探測到火星上有任何有機分子。
20世紀90年代，世界上又掀起新一輪火星探測熱潮。美國於1996年12月4日發射了“火星探路者”探測器，它於1997年7月4日在火星的阿瑞斯穀地登陸，並用其攜帶的“索傑納”火星車在火星上實地考察，獲得很大成功。
金星上的神奇
金星的大小和地球最接近，兩顆行星的內部構造可能也很相似。但根據探測船和雷達觀測，金星是一個灼熱的世界，如同煉獄，表麵籠罩著二氧化碳的濃厚大氣。地表溫度高達450攝氏度左右，是地球地表溫度的30倍。由於金星靠近太陽，當太陽能量上升之後，金星上的水化為氣體釋出到大氣中。這時，原本溶於海中的二氧化碳也積存大氣中，引發強烈的溫室效應，導致地表溫度暴增。
多少年來，人們一直認為，金星上沒有任何生物存在，20世紀80年代，美國發射的探測器發回的照片顯示金星上有大量城墟。經分析，金星上共有城墟兩萬座，這些城墟建築呈“三角錐”形金字塔狀。每座城市實際上隻是一座巨型金字塔，門窗皆無，可能在地下開設有出入口；這兩萬座巨型金字塔擺成一個很大的馬車輪形狀，其圓心處為大城市，呈輻射狀的大道連著周圍的小城市。
研究者認為，這些金字塔式的城市可以有效地避免白天的高溫、夜晚的嚴寒以及狂風暴雨。前蘇聯科學家尼古拉·裏賓契訶夫在比利時布魯塞爾的一個科學研討會上首次披露了在金星上發現城墟的消息聯無人太空船卻在那裏拍下了一組驚人的照片。照片上顯示出大約2萬個城市曾建立在那個星球上。
這些城市散布在金星表麵，但是城市都是倒塌的狀態。根據科學家分析，這是一些城市遺跡，由一個絕跡已久的金星民族留下來的。城市以馬車輪的形狀建成，中間的輪軸就是大都會的所在。這裏還可能有一個龐大的公路網，它把所有城市都連接在一起，直通向它的中央。
令人非常遺憾的是，雷達掃描照片不太清楚，無法看出建築物是什麼形狀的，而沒有這方麵的資料，便很難推測出是什麼生物建造這些城市的，為什麼居住在這裏。金星表麵的環境很差，溫度在500C以上，還有狂風吹襲，經常下硫酸雨，足可把建築物和生物毀滅。
剛開始的時候，人們還不敢斷定這就是城墟，認為可能是探測器出了問題，也可能是大氣層幹擾造成的海市蜃樓的幻象。但經過深入研究，人們確信這些是城市的遺跡，並推測是智能生物留下來的。不過，這些智能生物早已絕跡了。
裏賓契訶夫博士在會上指出，我們渴望弄清分布在金星表麵的城市是誰造的，這些城市是一個偉大的文化遺跡。這位前蘇聯科學家詳細地介紹說：“在那些以馬車輪的形狀建成的城市的中間輪軸部分就是大都會。根據我們推測，那裏有一個龐大的呈輻射狀的公路網將其周圍的一切城市連接起來。”他說：“那些城市大多都倒下或即將倒塌，這說明曆史已經很悠久了。現在金星上不存在任何生物，這說明那裏的生物已絕跡很久了。”
由於金星表麵的環境極差，因此不具備派宇航員到那裏實地調查的條件。但裏賓契訶夫博士強調說，前蘇聯將努力用無人探險飛船去看清楚那些城市的麵貌，無論代價多大，都在所不惜。
而在1988年，前蘇聯宇宙物理學家阿列克塞·普斯卡夫則宣布：金星上也存在“人麵石”，這一點與火星一樣。聯係到金星上發現的作為警告標誌的垂淚的巨型人麵建築-“人麵石”，科學家推測，金星與火星是一對難兄難弟，都經曆過文明毀滅的悲慘命運。科學家還說，800萬年的金星經曆過地球現今的演化階段，應該有智能生物的存在。後來，金星中的大氣成分中二氧化碳越來越多，以至於溫室效應越來越強烈，進而使得水蒸氣散失，也最終使得金星的環境不再適合生物的生存。
迄今為止，人們在月球、金星、火星上都找到了文明活動的遺跡和疑蹤，甚至在距離太陽最近的水星的表麵也有一些斷壁殘垣被發現。地球、月球、火星、金星上都存在金字塔式的建築。人們將這些聯係起來後認為，地球並不是太陽係文明的起點，而是其終點。
倒塌的金星城市中，究竟隱藏著什麼秘密呢？那個垂淚的人麵塑像到底是否經曆了金星文明的毀滅呢？由於這實在太令人捉摸不透了，所以隻有等待人類未來的實地探測。
6.擁有光環的土星
土星
軌道距太陽142，940萬千米，公轉周期為10759.5天，相當於29.5個地球年，視星等為0.67等。在太陽係的行星中，土星的光環最惹人注目，它使土星看上去就像戴著一頂漂亮的大草帽。觀測表明構成光環的物質是碎冰塊、岩石塊、塵埃、顆粒等，它們排列成一係列的圓圈，繞著土星旋轉。
土星運動遲緩，人們便將它看做掌握時間和命運的象征。羅馬神話中稱之為第二代天神克洛諾斯，它是在推翻父親之後登上天神寶座的。無論東方還是西方，都把土星與人類密切相關的農業聯係在一起，在天文學中表示的符號，像是一把主宰著農業的大鐮刀。
在1781年發現天王星之前，人們曾認為土星是離太陽最遠的行星。在望遠鏡中可以看到土星被一條美麗的光環圍繞。土星還有較多的衛星，到1978年為止，已發現並證實的有10個，以後又陸續有人提出新的發現。
土星在很多方麵像木星，如它與木星同屬於巨行星，它的體積是地球的745倍，質量是地球的95.18倍。在太陽係九大行星中，土星的大小和質量僅次於木星，占第二位。它像木星一樣被色彩斑斕的雲帶所繚繞，並被較多的衛星所拱衛。它由於快速自轉而呈扁球形。赤道半徑約為60，000公裏。土星的平均密度隻有0.70克/厘米立方米，是八大行星中密度最小的。如果把它放在水中，它會浮在水麵上。土星的大半徑和低密度使其表麵的重力加速度和地球表麵相近。土星在衝日時的亮度可與天空中最亮的恒星相比。由於光環的平麵與土星軌道麵不重合，而且光環平麵在繞日運動中方向保持不變，所以從地球上看，光環的視麵積便不固定，從而使土星的視亮度也發生變化。當土星光環有最大視麵積時，土星顯得亮一些；當視線正好與光環平麵重合時，光環便呈現為一條直線，土星就顯得暗些。二者之間的亮度大約相差3倍。
土星繞太陽公轉的軌道半徑約為14億公裏，它的軌道是橢圓的。它同太陽的距離在近日點時和在遠日點時相差約1.5億公裏。土星繞太陽公轉的平均速度約為每秒9.64公裏，公轉一周約29.5年。土星也有四季，隻是每一季的時間要長達7年多，因為離太陽遙遠，即使是夏季也十極其寒冷。土星自轉很快，但不同緯度自轉的速度卻不一樣，這種差別比木星還大。赤道上自轉周期是10小時14分，緯度60度處則變成10小時40分。這就是說在土星赤道上，一個晝夜隻有10小時零14分。
土星大氣以氫、氦為主，並含有甲烷和其他氣體，大氣中飄浮著由稠密的氨晶體組成的雲。從望遠鏡中看去，這些雲像木星的雲一樣形成相互平行的條紋，但不如木星雲帶那樣鮮豔，隻是比木星雲帶規則得多。土星雲帶以金黃色為主，其餘是橘黃色、淡黃色等。土星的表麵同木星一樣，也是流體的。它赤道附近的氣流與自轉方向相同，速度可達每秒500米，比木星上的風力要大得多。
土星極地附近呈綠色，是整個表麵最暗的區域。根據紅外觀測得知，雲頂溫度為-170℃，比木星低50℃。土星表麵的溫度約為-140℃。土星表麵有時會出現白斑，最著名的白斑是1933年8月發現的，這塊白斑出現在赤道區，呈蛋形，長度達到土星直徑的1/5.以後這個白斑不斷地擴大，幾乎蔓延到整個赤道帶。
由於這顆行星表麵溫度較低而逃逸速度又大（35.6公裏/秒），使土星保留著幾十億年前它形成時所擁有的全部氫和氦。因此，科學家認為，研究土星目前的成分就等於研究太陽係形成初期的原始成分，這對於了解太陽內部活動及其演化有很大幫助。一般認為土星的化學組成像木星，不過氫的含量較少。土星上的甲烷含量比木星多，而氨的含量則比木星少。
1973年4月美國發射的行星際探測器“先驅者”11號發現土星有一個由電離氫構成的廣延電離層，其高層溫度約為977℃。觀測結果表明，土星極區有極光。
目前認為，土星形成時，起先是土物質和冰物質吸積，繼之是氣體積聚。因此，土星有一個直徑20，000公裏的岩石核心。這個核占土星質量的10%到20%，核外包圍著5，000公裏厚的冰殼，再外麵是8，000公裏厚的金屬氫層，金屬氫之外是一個廣延的分子氫層。
1969年，一架飛機在地球大氣高層對土星的熱輻射作了紅外觀測，發現土星和木星一樣，它輻射出的能量是它從太陽接收到的能量的兩倍。這表明土星和木星一樣有內在能源。後來“先驅者”11號的紅外探測證實了這一點，測得土星發出的能量是從太陽吸收到的2.5倍。
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麵上繞土星旋轉的物質係統。
土星環位於土星的赤道麵上。在空間探測以前，從地麵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，它的內側是C環，外側是A環。A環和B環之間為寬約5，000公裏的卡西尼縫，它是天文學家卡西尼在1675年發現的。B環的內半徑91，500公裏，外半徑116，500公裏，寬度是25，000公裏，可以並排安放兩個地球。A環的內半徑121，500公裏，外半徑137，000公裏，寬度15，500公裏。C環很暗，它從B環的內邊緣一直延伸到離土星表麵隻有12，000公裏處，寬度約19，000公裏。1969年在C環內側發現了更暗的D環，它幾乎觸及土星表麵。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號探測到兩個新環-F環和G環。F環很窄，寬度不到800公裏，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1015個土星半徑間的廣闊地帶。“先驅者”11號還測定了A環、B環、C環和卡西尼縫的位置、寬度，其結果同地麵觀測相差不大。“先驅者”11號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。土星的赤道麵與軌道麵的傾角較大，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，土星環內除卡西尼縫以外，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號在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公裏。由觀測闡明土星環的本質，要歸功於美國天文學家基勒，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。土星環掩星並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，環的質點是直徑介於4到30厘米之間的冰塊。
探測器傳回的土星照片讓科學家非常吃驚，在近處所看到的土星環，竟然是碎石塊和冰塊一大片，使人眼花繚亂，它們的直徑從幾厘米到幾十厘米不等，隻有少量的超過1米或者更大。土星周圍的環平麵內有數百條到數千條環，大小不等，形狀各異。大部分環是對稱地繞土星轉的，也有不對稱的，有完整的、比較完整的、殘缺不全的。環的形狀有鋸齒形的，有輻射狀的。令科學家迷惑不解的是，有的環好像是由幾股細繩鬆散的搓成的粗繩一樣，或者說像姑娘們的發辮那樣相互扭結在一起。輻射狀的環更是令科學家大開了眼界而又傷透了腦筋，組成環的物質就象車輪那樣，步調整齊的繞著土星轉，這樣豈不要求那些離的越遠的碎石塊和冰塊運動的速度越快嗎？這顯然違背了目前已經掌握的物質運動定律。那麼，這是一個什麼樣的規律在起作用呢？目前仍在探索中。
土星內部也與木星相似，有一個岩石構成的核心。核的外麵是5000公裏厚的冰層和8000公裏的金屬氫組成的殼層，最外麵被色彩斑斕的雲帶包圍著。土星的大氣運動比較平靜，表麵溫度很低，約為零下140攝氏度。
土星以平均每秒9.64公裏的速度斜著身子繞太陽公轉，其軌道半徑約為14億公裏，公轉速度較慢，繞太陽一周需29.5年，可是它的自轉很快，赤道上的自轉周期是10小時14分鍾。
土星和其他行星一樣，也圍繞太陽在橢圓軌道上運動。土星繞太陽公轉的軌道半徑約為9.54天文距離單位（約14億公裏）軌道的偏心率為0.056，軌道麵與黃道麵交角為2°5′，繞太陽公轉一周約29.5年，公轉平均速度約為9.6公裏/秒。土星的自轉很快，僅次於木星，其自轉角速隨緯度而不同，在赤道上自轉周期為10小時14分，在緯度60°處為10小時40分。由於快速自轉，使得它的形狀變扁，是太陽係行星中形狀最扁的一個。土星表麵也有沿赤道伸展的條紋帶，表麵為雲層所覆蓋。
用天文望遠鏡觀察土星，看到的是一個帶光環的天體。土星的赤道半徑約為6萬公裏，其赤道半徑與極半徑相差5000多公裏。體積為地球的740倍，質量為地球的95倍。在太陽係的行星中，土星的質量和大小僅次於木星。平均密度是0.7克/立方厘米，比水的密度還要小。由於土星的密度太小，其表麵重力加速度和地球差不多（為地球的1.07）。在土星上，物體要有37公裏/秒的速度才能脫離土星，比地球表麵的脫離速度大得多，因此土星能把大量的大氣束縛住。
土星有稠密的大氣，其大氣的主要成分是氫和氦，還有甲烷、氨等。通過天文望遠鏡，我們可以看到土星表麵也有一些明暗交替的帶紋平行於它的赤道麵，帶紋有時也會出現亮斑、暗斑或白斑。白斑的出現不很穩定，最著名的白斑於1933年8月被英國天文愛好者W·T·海用小型天文望遠鏡發現。此白斑位於土星赤道區，呈蛋形，長度達土星直徑的1/5。以後這塊白斑逐漸擴大，幾乎蔓延到土星的整個赤道帶。
為了探測太陽係外圍空間的物理情況，1973年4月“先驅者11”號上天，1979年9月1日飛臨土星，成為第一個就近探測土星的人造天體。“旅行者”1號、2號在考察完木星後，繼續駛向土星，對土星進行考察。完成考察土星的任務後，“旅行者2號”又繼續飛向天王星和海王星，對它們進行考察。這些“一身多任”的宇宙飛船，為我們帶來了土星的新消息。
“先驅者11號”飛船於1979年8月、9月在距土星128萬公裏處發現，土星磁場十分特殊，磁場圖很像一條大鯨魚，其頭部圓鈍，兩邊伸出扁形翅，還有粗壯的尾巴。土星磁場的磁軸與其自轉軸吻合，磁心偏離土星核心22.5公裏。磁場範圍比地球的磁場範圍大上千倍，但比木星磁場小，也沒有木星磁場複雜。