태양계에서 두 번째로 큰 행성. 토성보다 큰 행성은 목성뿐이다. 고대의 천문학자들은 토성을 지구에서 가장 멀리 떨어져 있는 행성으로 알고 있었다. 토성의 영어병은 로마 신화의 농업 신인 사투르누스의 이름을 딴 것이다. 지구에서 토성은 맨눈으로도 보이지만, 고리는 보이지 않는다. 토성의 고리는 토성 주위를 도는 얼음 입자로 이루어져 있다. 7개의 주요 고리가 있는데, 너비가 크게 다르다. 가장 바깥쪽의 E고리는 너비가 30만 km 이상 될 수도 있다. 하지만 고리가 너무 얇아서 테두리가 지구와 직선을 이룰 때는 지구에 설치된 천체망원경으로 보이지 않는다. 고리의 두께도 크게 다르지만, 대부분 30m가 안 되는 것으로 보인다. 추가로 토성은 수 개의 크고 멋진 위성과 수십 개의 소형 위성이 있다. 가장 큰 위성인 타이탄은 지구보다 대기 농도가 짙다. 다른 위성인 엔켈라두스는 활동 중인 간헐천이 있다. 또한 토성 주위에는 거대한 자기권이 형성되어 있다.
토성의 주요 특징들을 살펴보자.
토성의 크기를 볼 때 적도 지름은 12만 536km 정도이다. 지구 지름의 9배 이상이며, 목성의 약 85% 크기이다. 부피는 지구의 760배 이상이다. 태양계의 행성 중에서 가장 밀도가 낮다. 지구의 1/8밖에 안 되며, 액체 물의 밀도보다 작다. 토성의 밀도가 낮기는 하지만, 태양계에서 목성 다음으로 무거운 행성으로, 지구보다 95배 정도 무겁다. 토성의 중력은 지구와 비슷하다. 지구에서 45kgf인 물체는 토성에서 48kgf쯤 나갈 것이다.
태양에서 여섯 번째에 있는 행성으로, 태양과의 평균 거리는 약 14억3353만 km이다. 참고로 지구는 태양에서 1억4960만 km 떨어져 있다. 토성은 태양 주위를 약 29.5년에 한 번씩 타원궤도로 돈다. 태양까지 거리는 가장 멀 때가 약 15억1450만 km, 가장 가까울 때는 약 13억5255만 km이다. 지구에 가장 가까이 다가왔을 때 토성까지 거리는 약 11억9550만 km이다.
태양 주위를 공전하면서 토성의 중심을 지나는 가상선인 자전축을 중심으로 자전한다. 자전축은 태양 주위를 도는 공전 궤도에 직각을 이루지 않고 27˚ 정도 기울어져 있다. 이 기울기는 지구의 23˚보다 약간 크다. 목성을 제외하면 토성은 태양계에서 가장 빠르게 자전하는 행성이다. 토성의 대기 떄문에 자전을 직접 관찰할 수는 없지만, 간접적인 방법에 따라서 측정하면 약 10시간 33분에 한 번 자전한다. 이 시간이 토성의 하루이다. 이렇게 빠르게 자전하기 때문에 적도 부분이 부풀고 양극 지역은 편평하다. 그 결과 토성은 적도 지름이 양극 사이보다 11,808km나 더 길다.
자전축이 기울어져 있기 때문에, 태양은 토성의 남반구와 북반구를 똑같이 데워주지 못한다. 이 때문에 토성에는 계절과 온도의 변화가 나타난다. 실제 온도도 위도에 따라 변한다. 대기압이 1,000hPa인 고도에서 평균 온도는 -139˚ C이다.
과학자들은 높은 압력에서 수소와 헬륨의 움직임을 토대로 토성의 구조 모형을 제시했다. 또 과학적 근거를 가지고 토성 대기 속에 액체 내부와 고체 핵이 숨어 있다고 추측한다. 토성은 짙은 구름층으로 덮여 있다. 토성은 구름 위에 다양한 색의 연속적인 티와 대가 보인다. 이처럼 보이는 것은 상승 기체와 하강 기체 사이에 온도와 고도 차이가 있기 때문인 것 같다. 토성 대기가 전체적으로 흐릿하기 때문에 특징을 관측하기 어렵다. 적외선의 파장에서는 흐릿한 것이 사라지로 대기의 깊숙한 부분도 보인다. 카시니 궤도선이 찍은 적외선 사진은 회전하는 점을 많이 가진 매우 불안정한 대기의 모습을 보여준다. 이 점은 지구상의 폭풍과 약간 비슷하다. 토성에서 바람은 1,770km/h로 기록되었는데, 이는 목성에서보다 훨씬 빠른 것이다. 2010년, 카시니 탐사선은 토성 대기에서 번개도 발견했다. 지구 대기의 바깥에서 번개가 관측된 것은 처음이었다.
토성은 지구가 받는 햇빛의 약 1%를 받는다. 하지만 받는 에너지의 약 두배를 방출한다. 이 에너지 중에서 일부는 토성이 중력에 의해서 수축하면서 발생했을 것이다. 대기는 주로 수소와 헬륨으로 되어 있다. 또한 수증기, 암모니아, 메테인, 기타 화합물의 흔적도 있다. 토성의 대기 속으로 내려가면 기압은 계속 올라간다. 수소와 헬륨은 점성이 있는 형태가 되며, 마침내 토성의 액체 내부에 도달하게 된다. 토성의 내부는 심하게 압축된 금속 수소층으로 되어 있는 것 같다. 그러한 수소는 극도의 압력과 온도 하에서 일부 금속의 성질을 갖게 된다.
토성의 회전, 형태, 중력을 놓고 봤을 때 토성은 뜨거운 고체 내핵을 갖고 있다고 짐작된다. 핵은 아마도 탄소, 철, 산소, 규소, 기타 무거운 원소로 되어 있을 것이다.
주요 고리 7개가 토성의 적도를 둘러싸고 있지만 토성에 닿아 있지는 않다. 이 고리는 수없이 많이 좁고 작은 고리로 이루어져 있으며, 작은 고리는 다시 먼지 크기부터 지름 3m의 덩어리까지 크기가 다양한 얼음 입자로 되어 있다. 주요 고리 사이에는 수천 km나 되는 간극이 있다. 간극은 고리보다 얼음 입자가 적은 부분이다. 일부 간극은 작은 고리를 갖고 있기도 하다. 주요 고리 외에도 퍼져 있는 수많은 작은 고리와 작은 위성이 고리계에 포함된다. 토성의 내부 위성과 고리 입자 사이의 중력상호작용이 고리, 작은 고리, 간극을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.
천문학자들은 발견 순서를 토대로 주요 고리에 문자를 부여했다. 토성에서 가장 가까운 것부터 멀리 있는 것까지 순서대로 D, C, B, A, F, G, E 고리이다. A, B, C, D고리는 각각 수천 개의 작은 고리로 되어 있다. A와 B고리가 가장 밝으며, 둘 사이에는 카시니간극이 있다. 위성 미마스의 중력 때문에 카시니간극이 유지된다. 카시니간극 안의 입자가 토성 주위 궤도를 두 번 도는 동안 E고리 안에 있는 미마스는 한 번 돈다. 비율이 2:1인 것은 고리 입자와 위성 사이의 2:1 궤도공명의 결과이다. 공명은 입자와 위성 사이에 일정한 중력상호작용을 만들어 입자를 카시니간극의 바깥으로 밀어낸다. A고리 바깥의 가장자리에 있는 간극은 그 안에 있는 고리 입자와 두 위성 사이의 7:6 궤도공명에 의해서 유지된다. A고리 안에는 작은 위성 판 때문에 생긴 엥케간극이 있다. 판은 A고리 안에서 궤도를 돌면서 궤도 안의 입자를 쓸어낸다.
희미한 C와 D고리는 B 고리보다 안쪽에 있다. 꽤 밝은 F고리는 A고리 바로 바깥쪽에 있다. F고리는 작은 고리의 좁은 띠로 되어 있으며, 위성 프로메테우스와 판도라의 궤도 사이에 있다. 천문학자들은 가끔씩 이 두 위성을 ‘양치기 위성’이라고 부른다. 위성의 중력이 F 고리의 입자를 좁은 띠 안에 가두어 두기 때문이다. 프로메테우스의 편심 궤도의 어느 지점에서 프로메테우스는 고리 안으로 들어간다. 프로메테우스가 진입한 위치에서 중력이 고리를 비틀면서 F 고리에 꼬인 모양이 만들어진다. 희미한 E와 G고리는 안쪽의 고리보다 훨씬 두껍고, 구성 입자는 더 드문드문 퍼져 있다. E고리는 주로 미세한 입자로 되어 있다. 과학자들은 E 고리의 입자 중 일부는 위성 엔켈라두스 표면에 있는 간헐천에서 왔다고 생각한다. G고리는 E 고리보다 얇고, 더 큰 입자를 포함하고 있다. 보이저 임무 초기에 천문학자들은 B 고리의 중심부에서 뻗어 나온 어두운 표식을 발견하고 스포크라고 불렀다. 스포크는 전자기역에 의해서 주요 고리 위로 올라간 미세먼지 때문에 생긴 것 같다.