土星の内部は木星と似ている。中心に岩石の核があり、その上に液体金属水素の層、水素分子の層がある。様々な氷も存在している。
土星の内部は高温であり、核では12,000K に達し、
土星が
太陽から受けているよりも多くのエネルギーを放出している。このエネルギーのほとんどは、ケルビン・ヘルムホルツ不安定(重力によるゆっくりとした圧縮)により生成されていると考えられているが、それだけでは熱生成の全てを説明できないかもしれない。その場合にその差を説明する説の一つに、ヘリウムの雨によるという説がある。その説では、
土星中心部の液体水素の中をヘリウムの水滴が落ちる際に生じる摩擦で、いくらかの熱が生成されると考えている。
土星の大気には木星と同じような帯が存在しているが、木星よりもぼんやりしており、赤道面でより太い。雲のパターンの観測は地上の望遠鏡からは困難だったので、ボイジャーにより初めて観測された。その後、地上の望遠鏡の性能は常に
土星の大気を観測できる程度に向上した。
土星の大気は、楕円形をしている以外は木星とよく似ている。1990年にハッブル宇宙望遠鏡が、
土星の赤道付近に大きな白い雲を観測した。それはボイジャーが観測した時点では見られなかったもので、1994年には、小さいものが、もう一度観測されている。また、赤外線写真の解析より、
土星で温度が最も高いのは極であることが分かっている。この特徴は
太陽系内で唯一のものである。
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