土星環在土星的赤道麵上，在進行空間探測以前，人們就從地麵觀測中得知了土星環有五個，它包括三個主環（A、B、C環）和兩個暗環（D、E環）。B環既寬又亮，它的內側是C環，外側是A環。A環和B環之間是寬約5000公裏的卡西尼縫，它是天文學家卡西尼在1675年發現的。B環的內半徑為91500公裏，外半徑為116500公裏，寬度是25000公裏，這樣的麵積可以並排放下兩個地球。
而A環的內半徑121500公裏，外半徑137000公裏，寬度15500公裏。C環較暗淡，它從B環的內邊緣一直延伸到離土星表麵隻有12000公裏處，寬度約19000公裏。在1969年，又發現了更暗的環D環，它C環的內側，它幾乎觸及土星表麵。而在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。在1979年9月，“先驅者”11號又探測到了兩個新環──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，大約在離土星中心10～15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。另外，“先驅者”11號通過紫外輝光觀測發現，發現了土星可見環的巨大氫雲，這些環就是氫雲的源。
在土星的七環裏，除了A環、B環、C環很亮外，其他環都是非常暗淡的。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。在仔細觀測後人們還發現，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，環縫也不夠完整。這些環縫的形成，科學家認為是由土星衛星的引力共振而造成的，就像木星小行星所帶的柯克伍德縫一樣是由巨大引力攝動造成。
之後“先驅者”11號還在A環與F環之間發現一個新的環縫，我們稱它為“先驅者縫”，另外還測得了恩克縫的寬度為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。這樣的發現使科學家們非常吃驚，因為從近處所看到土星環竟然都是碎石頭和冰塊。它們的直徑多為幾厘米到幾十裏米不等，隻有少量的超過1米或者更大。而且在環的平麵內有百條到數千條的環，大小不一，形狀各異，大部環都是對稱地繞土星轉，當然也有不對稱的。
另外，科學家們從圖片上發現，環的形狀有鋸齒形的，有輻射狀的。令科學迷惑不解的是有的環就像幾股細繩扭結到一起。而輻射狀的更令科學大開了眼界而又傷透了腦筋，組成環的物質就像車輪那樣，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？至今還在探索中。
在近期，美國航空航天局的科學家發現了土星周圍還存在著一個“隱形”的巨大光環，它的麵積可容納10億個地球。NASA噴氣推土星新發現光環進實驗室稱，該光環平麵與土星主光環麵成27度傾角，該光環內側距離土星約595萬公裏，寬度約1190萬公裏。它的直徑相當於300倍土星的直徑。可容納10億個地球。光環由冰和塵埃微粒組成，它們之間的距離如此之大，即使你站在光環上也看不清楚。另外，土星照射到的太陽光線很少，光環反射出的可見光更少，令它難以被發現。組成光環的塵埃溫度很低，僅有零下193℃，但卻散發出熱輻射。NASA斯皮策太空望遠鏡正是捕捉到了這些熱輻射，才發現了這個巨大的光環。
土星衛星“菲比”的軌道穿越這個巨大的光環。科學家們認為，光環內的冰和塵埃來自於菲比與彗星的碰撞。光環的發現可能有助於解釋關於土星另一衛星土衛八的一個古老而神秘的問題。在1671年，天文學家卡西尼首次發現土衛八，稱這個星球一麵黑一麵白，就像太極符號一樣，而新發現的光環旋轉軌道與土衛八剛好相反。於是科學家們推測，光環內的塵埃飛濺到土衛八表麵上，形成了黑色區域。發現新光環之一的道格拉斯·漢密爾頓說：“長久以來，航天學者一直認為菲比與土衛八表麵之上的黑色物質之間存在某種聯係，新發現的光環為此提供了令人信服的證據。”
土星內部也有一個岩石所構成的核心，它與木星極為相似。土星核的外麵是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。它的公轉速度較慢，繞太陽一周需29.5年，但它的自轉卻很快，土星自轉一周隻需要要10時14分鍾。
9．神奇的木星大紅斑
木星的表麵特征變化很大，但它也前持久和半持久的特征，其中最顯著最持久，也最為人們所熟悉的就是木星表麵的大紅斑了。木星的大紅斑位於南緯23°處，東西長4萬公裏，南北寬1.3萬公裏。它位於赤道南側、長達2萬多公裏、寬約1.1萬公裏的一個紅色卵形區域。探測器發現，大紅斑是一團激烈上升的氣流，呈深褐色。這個彩色的氣旋以逆時針方向轉動。在大紅斑中心部分有個小顆粒，是大紅斑的核，其大小約幾百公裏。這個核在周圍的反時針漩渦運動中維持不動。大紅斑的壽命很長，可維持幾百年或更長久。
從17世紀中期，人們就開始對它進行時斷時續的觀測。從1879年以後，人們就對它進行了連續的記錄，並發現它在1879～1882年，1893～1894年，1903～1907年，1911～1914年，1919～1920年，1926～1927年，特別是在1936～1937年，1961～1968年，以及1973～1974年這些年代中，變得顯眼和色彩豔麗。在其他時間，顯得暗淡，隻略微帶紅，有時隻有紅斑的輪廓。那為什麼這個斑是紅色呢？它又是什麼結構？如何能持續這麼長的時間？對於這些問題，僅憑地麵上的觀測是無法解答的。
根據科學家雷蒙·哈依德的理論，大紅斑是木星上某種像山的有永久我特征所造成的大氣擾動。但是“先驅者”發現木星表麵是流體，完全排除木星外層具有固態結構表麵的可能性，因此上麵的理論自然就不成立了。“旅行者1號”發回的照片使人們更清晰地看到，大紅斑宛如一個以逆時針方向旋轉的巨大漩渦，其浩瀚寬闊足以容納好幾個地球。從照片上還可以分辨出一些環狀結構。仔細研究後，科學家們認為，在木星表麵有著厚厚的雲層，大紅斑就是一個聳立於高空、嵌在雲層中的強大旋風或者是由一團激烈上升的氣流所形成的。其實，在木星與大紅斑相信的特征還是有的。大紅斑的偏南處，有3個白色卵形結構，它們首次出現於1938年。
在1972年，地麵觀測發現木星的北半球上出現一個小紅斑，18個月以後“先驅者10號”到達木星時，發現其形狀和大小幾乎同大紅斑相似。再過一年，“先驅者11號”經過木星時，這個紅斑竟蹤跡皆無，由此我們發現，那個紅斑隻存在了兩年。木星上的斑狀結構一般持續幾個月或幾年，它們的共同特點是在北半球作順時針方向旋轉，在南半球作逆時針旋轉。氣流從中心緩慢地湧出，然後在邊緣沉降，遂形成橢圓形狀。它們就像地球上的風暴一般，但規模要大得多，時間持續的也很長。
木星雲色彩斑斕說明了木星的大氣中有著十分活躍的化學反應。在探測器拍攝的照片上，可以看到木星大氣明暗交錯的雲帶圖形。從南極區到北極區依稀可辨17個雲區或雲帶。它們的顏色、亮度均不相同，也許是氨晶體所組成；褐色雲帶的雲層要深些，溫度稍高，因而大氣向下流動；藍色部分則顯然是頂端雲層中的寬洞，通過這些空隙，方可看到晴朗的天空。藍雲的溫度最高，紅雲的溫度最低。由此判斷，大紅斑是一個很冷的結構。如按平衡狀態而言，所有的雲彩都應該是白色的，隻有化學平衡被破壞後，才會出現不同的顏色。那麼，在木星上，到底是什麼破壞化學是什麼平衡呢？科學家們推測，可能是荷電粒子、高能光子、閃電，或是沿垂直方向穿過不同溫度區域的快速物質運動。
在大紅斑中，有一種橙紅色使人一直很困惑。有人認為這種顏色的大紅斑是升氣流形成的雲中放電的現象。對此，美國馬裏蘭大學的一位名叫波南貝羅麥的博士做了一個有趣的實驗。他在一隻長頸瓶中放上木星大氣中存在的一些氣體，如甲烷、氨、氫等，對這些氣體施加電火花作用，結果發現原先無色的氣體變成雲狀物，一種淡紅色的物質沉澱在瓶壁上。這個實驗為人們解開大紅班顏色之謎提供了一些有益的啟示。很多天文學家認為磷化物就可以說明大紅斑的顏色。自從卡西尼發現大紅斑以來，到今天已有300多年了，對於大紅斑持續了這麼長的時間的原因，有些人認為是由於木星又密又厚的大氣，但這隻是一種猜測。
因為木星上的大紅斑與其他卵形結構的長壽，主要包括兩個問題：這些斑狀結構必須是穩定的，不然它們隻能存在幾天；還有另一個能源問題，一個穩定渦流如果沒有能源維持，很快就會下沉。木星大紅斑每小時時速可達400千米，而地球上的龍卷風最高時速連它的3/4都達不到，而且持續時間與木星大紅斑大小都比地球龍卷風長和大。至於為什麼，至今依然沒能解答。
10．神秘的淡藍色行星
海王星
海王星是一個典型的氣體行星。海王星上呼嘯著按帶狀分布的大風暴或旋風，海王星上的風暴是太陽係中最快的，時速達到2000千米。海王星的藍色是大氣中甲烷吸收了日光中的紅光造成的。盡管海王星是一個寒冷而荒涼的星球，但科學家們推測它和木星、土星一下是有內部有熱源的。它輻射出的能量是它吸收的太陽能的兩倍多。由於海王星是一顆淡藍色的行星，人們根據傳統的行星命名法，稱其為涅普頓。涅普頓是羅馬神話中是統治大海的海神，掌握著1/3的宇宙。
海王星是在太陽係中的第八顆行星，它是在1846年9月23日被發現的。計算者為英國劍橋大學的大學生亞當斯，也是最早被計算下來的。德國天文學家J.G.伽勒是按計算位置觀測到該行星的第一個人。這一發現被看成是行星運動理論精確性的一個範例。海王星由於距離遙遠，光度暗淡，即使用大型望遠鏡也難看清其表麵細節，因而不能依靠觀測表麵標誌的移動來定出自轉周期。在1928年通過觀測譜線的多普勒位移測出它的自轉周期為15.8±1h，貝爾通等從分析約300次紅外觀測中定出的，海王星的快速自轉使它的扁率達1/50（即赤道半徑比極半徑約長500km）。在1968年4月7日曾出現海王星掩恒星事件，通過這個事件準確的得出了它的赤道直徑50950km，與目前的最新數據相差很小。如果用永遠鏡觀看海王星，它則呈綠色。
海王的大氣中含有豐富的氫和氦，大氣溫度大約為-205℃，這個值高於從太陽輻射算得的期望值，由些說明海王星的大氣下要麼存在著溫室效應，要麼它有熱源。在1932年證實了海王星光譜紅外區的強吸收線為甲烷引起。1846年，W.拉塞爾發現逆行的海衛一，據計算它正接近海王星，將來也許會碎裂成為海王星的環，1949年發現海衛二。從地球上來看，遙遠的海王星常常隱身於寶瓶座星係不被人們發現。直到一天，人們發現天王星運動方式有點怪異，通過計算和推算才發現了海王星。在天王星被發現後，人們注意到它的軌道與根據牛頓理論所推知的並不一致。因此科學家們預測可能是因為存在的另一顆遙遠的行星影響了天王星的軌道。
正是基於以上的預測，在1846年9月23日首次觀察到海王星。它所出現的地點非常靠近於亞當斯和勒威耶根據所觀察到的木星、土星和天王星的位置經過計算獨立預測出的地點。於是一場關於誰先發現海王星和誰享有對此命名的權利的國際性爭論產生於英國與法國之間。現在將海王星的發現共同歸功於他們兩人。後來的觀察顯示亞當斯和勒威耶計算出的軌道與海王星真實的軌道偏差相當大。也就是說，如果搜尋海王星的時間早幾年或晚幾年，人們將無法在預測的位置或其附近找到他。
11．不走尋常路的冥王星
冥王星
冥王星的發現，是在一個非常巧合的且幸運的情況下發現的。在1930年，是在基於天王星、海王星運行進行研究時被一個發現錯誤的“斷言”所發現海王星後還有一顆行星。美國亞利桑那州的Lowell天文台的ClydeW.Tombaugh由於不知道這個計算錯誤，對太陽係進行了一次非常仔細的觀察，於是發現了冥王星。冥王星是太陽係九大行星中同太陽的平均距離最遠，質量最小的一顆行星。它的密度隻為每立方厘米1.8～2.1克，其質量是地球質量的0.0024倍，這不僅比水星質量小，甚至比月球質量還小。它的直徑約為2400千米，比月球還要小。
在冥王星上有一個名叫查龍的衛星，它的直徑為1180千米，因此對冥王星的大氣層的情況知道得少知又少，科學家們推測，冥王星的大氣可能是由氮和少量的一氧化碳及甲烷組成。大氣極其稀薄，地麵壓強隻有少量微巴。冥王星的大氣層可能隻有在冥王星靠近近日點時才是氣體；在其餘的冥王星的年份中，大氣層的氣體凝結成固體。靠近近日點時一部分的大氣可能散逸到宇宙中去，甚至可能被吸引到冥衛一上去。冥王星的軌道十分反常，有時候比海王星離太陽更近（從1979年1月開始持續到1999年2月）。冥王星的自轉方向也與大多數其他行星的方向相反。冥王星與海王星的共同運動比為3:2，即冥王星的公轉周期剛好是海王星的1.5倍。它的軌道交角也遠離於其他行星。即使冥王星的軌道看到支好像要穿越海王星軌道似的，但實際上根本沒有，所以，它們永遠也不會碰撞。
冥王星從來沒有被太空飛行器訪問過，就連哈勃太空望遠鏡也隻能觀察到它表麵上的大致容貌。因為它的距離太陽是非常遙遠的，因此它表麵的溫度幾乎接近零下240攝氏度。在冥王星上看來，太陽隻不是一顆明亮的星星。
冥王星被去除太陽係是在2006年的8月。此段時間，在布拉格召開的國際天文聯合會第26屆大會上，來自各國天文界的權威代表經過投票表決後通過聯合會決議，將原來九大行星中的冥王星列入矮行星之列。這意味著太陽係不再有九大行星。
按照國際天文學聯合會的定義，一個天體要被稱為行星，需要滿足三個條件：圍繞太陽公轉、質量大到自身引力足以使它變成球體，並且能夠清除其公轉軌道周圍的其他物體。同時滿足上述三個條件的隻有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，它們都是在1900年以前被發現的。而同樣具有足夠質量、成圓球形，但不能清除其軌道附近其他物體的天體稱為“矮行星”，冥王星恰好符合這一定義，因此被國際天文學聯合會確認是一顆“矮行星”。圍繞太陽運轉，形狀不規則，也不能清除公轉軌道周圍物體的天體統稱為“太陽係小天體”。眾多太陽係小天體主要集中在火星和木星軌道之間，估計有50000多顆，現在已發現7000多顆。
一直以來，人們都認為太陽係九大行星，但通過這一決議，太陽係隻有八大行星。其實從70多年前發現冥王星開始就頗受爭議。1930年美國天文學家湯博發現冥王星，當時估錯了冥王星的質量，以為冥王星比地球還大，所以命名為大行星。但是經過近30年的進一步觀測，發現它的直徑隻有2300千米，比月球還要小，等到冥王星的大小被確認，“冥王星是大行星”早已被寫入教科書了。然而冥王星是一個異類。它個頭太小，軌道太扁，有時竟跑到海王星軌道的內側，而且軌道平麵相對於地球軌道平麵有很大的傾斜，而不像其他行星軌道基本上與地球軌道位於同一平麵上。這些種種特征使它的地位相當不穩定，最終被“開除”到了太陽係外。