土星大氣以氫、氦為主,并含有甲烷和其他氣體,大氣中飄浮着由稠密的氨晶體組成的雲。1973年4月美國發射的行星際探測器先驅者11号發現土星擁有一個由電離氫構成的廣延電離層,其高層溫度約為97攝氏度。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20000公裡的岩石核心。這個核占土星質量的百分之十到百分之二十,核外包圍着5000公裡厚的冰殼,再外面是8000公裡厚的金屬氫層,金屬氫之外是一個廣延的分子氫層。
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