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早期天文学家估计它拥有岩石的核心。然而卡西尼号近距离探测的结果显示它的轴转动惯量系数为 0.4 kg，这样的数据表明土卫五的内部几乎都是一样的物质，因为岩质核心的存在会使质量惯性矩落在3.4左右。土卫五的三维模型也与流体静力平衡。
土卫五的特征有些类似土卫四，这显示它们可能有类似组成与历史。土卫五受到日照地区的温度为开氏99度（摄氏−174度），而阴影地区的温度则介于摄氏−200度与摄氏−220度之间。
土卫五的表面有明显的坑洞与明亮的细微特征。它的表面根据坑洞密度可以被分成2个不同的地理区域，第一个地区包括直径在40公理以上的坑洞，而第二个地区则相反，并位在极区与赤道地区。这也显示在土卫五形成的过程中曾经发生大规模的重组事件。
主要的半球受到严重的撞击，并且非常明亮。就像木卫四上的坑洞一样，土卫五的坑洞缺乏在月球与水星上可以观测到的明显特征。在另一个半球上可以见到明亮的网络出现在黑色的地表上，少数坑洞也可以被辨识出来。这些明亮的区域曾被认为是在土卫五早期从冰火山所喷发出来的物质。不过最近对于土卫四的观测显示，散布地表的明亮条纹其实是冰构成的悬崖，于是天文学家推测土卫五上的条纹也是由冰组成的悬崖。
卡西尼号在2006年1月17日近距离飞越土卫五，并拍设一系列高分辨率的照片。虽然科学分析仍然在进行中，不过这些照片显示土卫五表面的条纹类似土卫四的条纹结构，其实是冰悬崖。
美国国家航空航天局在2008年3月6日宣布土卫五可能拥有一个稀薄的环带，这也是人类首次在卫星发现环带系统。这个环带系统的存在是因为卡西尼号发现土星的磁场在土卫五附近有高能量的电子流所推论出来的。尘土与碎石延伸至土卫五的希尔球区域，不过在靠近土卫五的附近更加稠密，显示土卫五可能拥有3条密度较高的细环带。
卡西尼号在近距离内拍摄一些土卫五的照片，其中最接近的一张是在2005年11月26日所摄的，距离仅500公里。另外一次近距离飞越则是在2007年8月30日，距离为5,750公里。而在卡西尼延伸任务中则计划在2010年3月2日从100公里的距离掠过土卫五。
美国宇航局“卡西尼”号在接近土星土卫五时，探测器上的一台带有灵敏红外波段（930毫微米）滤色镜的窄角照相机利用可见光拍摄到土卫五南极地区，拍摄时土卫五与“卡西尼”号之间的距离约为23．9万千米，太阳、土卫五与“卡西尼”号之间的角度为56°，分辨率约为1千米每线。
与土卫五表面其余部分一样，其南极地区在几百万年里布满大量陨石坑，在这些详细照片上可以看出，在较巨大的陨石坑上布满有“麻子”般的小坑。在所示照片左边，可以看到更令人感兴趣的沟槽，照片右上部最清晰的陨石坑具有椭圆形状，它的大小为115×91千米。
“卡西尼－惠更斯”号飞行是美国宇航局与欧洲航天局和意大利航天局的合作计划，“卡西尼”号探测器的控制委托美国加州帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室负责。
美国国家宇航局（NASA）公布了一段“卡西尼”号土星探测器拍摄到的土卫五的珍贵视频图像。之所以说它珍贵，是因为这段总共15秒长的视频记录下了土卫五上发生日食的全过程。 这次公布的视频总共由17幅图像组成，拍摄于2008年8月19日。
当时土卫五正在逐渐进入土星的阴影区域。从视频中可以清楚地看到，土星在土卫五上投下的阴影的边缘非常模糊，这一点与月球在地球上投下的阴影存在很明显的差异。专家们指出，之所以会出现这种差异，主要是因为土星是一颗气态行星，其外部边界本身就不是非常清晰，这导致其产生的阴影也不会非常清楚。
悬在土星环前方的小卫星土卫五就像是一粒珍珠。去年11月初，绕轨道运行的“卡西尼”号欣赏到这一罕见的景象。照片并非“原版”，而是进行了旋转。
“卡西尼”这个名字来源于意大利天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼，正是他在1672年发现了土卫五。天文学家2008年宣布，土卫五可能是第一颗已知拥有自身昏暗环系统的卫星。
据NASA介绍，“卡西尼”号在拍摄这段视频时距离土卫五约有45万公里，图像的分辨率为2.7公里。
其直径为1528公里，与土星平均距离约50万公里。到目前为止，“卡西尼”号已成功绘制了出了土卫五表面的全景图像。有关该天体最有趣的发现出现在2008年夏季。当时有天文学家指出：土卫五可能也拥有自己的光环系统。他们解释说，“卡西尼”号上的探测设备发现土卫五周围环绕着大量碎片，形成一个范围达数千公里的盘状碎片带。观测显示，在土卫五两侧还都存在着电子数量急剧减少的区域。
科学家随后进行了大量模拟计算，以确定土卫五是否有能力稳定住这样的环结构。结果表明，在土卫五重力场以及它绕土星的轨道共同作用下，土卫五周围的环能够长时间地稳定存在。科学家认为，土卫五之所以有环，可能是因为在遥远的过去有小行星或彗星与土卫五相撞，产生的碎片飘散在周围逐渐聚集成了光环。
土卫六是土星最大的卫星，也是太阳系第二大卫星，比行星水星的体积大(虽然质量没有水星大)， 在太阳系中它的大小只比木星最大的卫星木卫三小。但最近的观测也显示浓密的大气可能使人们过高估计了泰坦的直径， 如同许多其他的卫星一样，土卫六比134340号小行星（原冥王星）的质量和体积都要大。
土卫六平均半径2575千米，质量1.345×10²³千克，平均密度1.880×10³千克/立方米。土卫六环绕土星公转轨道半长径为1,221,850千米，偏心率0.0292，轨道平面与土星赤道面的交角为0.33°，公转周期15天22时41分24秒。土卫六的自转周期与公转周期相同，这一点与月球类似。土卫六有浓密的大气，主要成分是氮，表面大气压力1.5×10⁵帕斯卡，表面温度-179.15℃。
土卫六质量与木卫三，木卫四，海卫一，小行星134340（冥王星）大体类似。土卫六一半是水冰一半是固体材料。在多个不同结晶状冰层的3400米下有一个固体核心。核心内部应该仍然炽热。虽然土卫五以及其他的土星卫星也类似，但土卫六的核心密度更大，这是因为它体积巨大造成重力压缩其内部造成的。
大气情况土卫六是已知拥有真正大气层的卫星，其他的卫星最多只是拥有示踪气体.。大气的存在是1944年首先被杰勒德·柯伊伯（Ge
a
d P. Kuipe
）使用光谱望远镜发现的，他发现土卫六大气的甲烷局部压力达到100毫巴。后来，旅行者太空船的观测也证实土卫六上拥有大气，事实上，土卫六的大气压比地球还要大一点，星球表面的压力是地球的1.5倍。
土卫六表面浓密的云层遮盖住了它的表面地貌。人们一般认为土卫六表面是固态或液体乙烷。从地球的雷达测量发现那里没有大范围的乙烷海洋，但是仍然有可能存在小的乙烷湖。后来，科学家对卡西尼太空船发回的照片进行研究，认为土卫六 上或许根本不存在液态甲烷海洋。
研究人员曾通过地面望远镜对土卫六进行观测，他们当时认为，种种迹象显示这一土星卫星上可能存在液态海洋。但是，科学家们对得出的结论仍有疑惑之处，因为以前的观测显示土卫六表面确有着闪烁的液体反光，尤其是几年前通过大型无线电望远镜观测的结果更证明极有可能存在液体海洋。
土卫六大气的98.44%是氮气，是太阳系中惟一除了地球外的富氮星体，那里还有大量不同种类的碳氢化合物残余（包括甲烷、乙烷、丁二炔、丙炔、丙炔腈、乙炔、丙烷，以及二氧化碳、氰、氰化氢和氦气）。这些碳氢化合物被认为来自于土卫六上层大气中的甲烷。当甲烷因为太阳辐射而发生反应就会产生浓密的桔红色烟云。土卫六表面那像是被涂上了一层柏油的有机物沉淀叫做tholi
。土卫六没有磁场保护,所以当它有时运行在土星的磁气层外时，便直接暴露在太阳风之下。这导致大气电离并在大气上层释放出一些分子。
在接近表面时，土卫六的温度大约是94K(-179.15℃)。水冰在这种温度下会升华，所以大气中会有少量的水蒸气存在.土卫六表面除了覆盖全球的迷雾之外也有各种不同的云。云可能是由甲烷，乙烷或简单的有机物组成。其他稀有的复杂化学物质是土卫六在太空外观呈现橙色的原因。
2004年11月卡西尼号飞越过土卫六照片中明亮多云的南极,但并未发现期望的甲烷存在.这令科学家们困惑,対云成分的相关研究仍然在进行中,人们过去关于土卫六大气的知识可能需要重新书写。
2004年卡西尼号观测大气的结果发现土卫六大气“超级旋转”，就像金星那样，其大气要比表面旋转快很多。
据美国科学日报报道，西班牙格拉纳达大学和瓦伦西亚大学的物理学家们通过分析“惠更斯”探测器对土卫六的特殊观测数据，明确地证实土卫六大气层中存在着雷电风暴等自然电活跃性活动。科学团体认为有机分子、早期生命形式可能形成于行星或卫星具有雷电风暴的高层大气层中。
自从1908年，西班牙天文学家乔西·科马斯·苏拉发现土卫六具有大气层以来，在其他卫星上未曾发现过大气层的存在。他解释说，“在土卫六上形成着具有传递运动的大气云层，因此静态电场和暴风雨状况可以形成。依据俄罗斯生物化学家亚历山大·奥帕金的理论和斯坦利·米勒的实验，土卫六具有雷电风暴活动性的大气层可能形成有机物质和早期生命形式，该条件下通过释放电量可从无机混合物中综合形成有机化合物。
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