土卫六是土星最大的卫星，直径约为 5150 千米。这个数字是它的平均直径，以固体表面为基准测量。土卫六是太阳系中第二大的卫星，也是唯一拥有浓厚大气层的卫星。

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NASA 给出的土卫六半径为 2575 千米，据此计算，它的直径约为 5150 千米。NASA 喷气推进实验室给出的平均半径为 2574.76 千米，误差为 0.02 千米。

这个半径是以地表为基准测量的。土卫六朦胧的大气层向上延伸约 600 千米，是地球大气层高度的 10 倍。土卫六的密度略低于水的两倍。根据“卡西尼号”和“惠更斯号”探测器数据建立的一个模型认为，土卫六拥有一个直径约 4000 千米的岩石核心，外面覆盖着冰层和咸水层。

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土卫六的大气约有 95% 是氮气，5% 是甲烷，因此和地球的空气一样，主要成分是氮气。在地表，大气压约为地球的 1.5 倍，相当于游泳者在海面以下约 5 米处感受到的压力。

在大气层高处，阳光和高速运动的粒子将甲烷和氮气分解开来。分解产生的碎片重新结合成其他富含碳的化合物，形成一层浓厚的橙色雾霾，遮住了地表。探测器只有借助人眼无法看见的光，才能透过这层雾霾看清地表。

土卫六是目前已知除地球外唯一表面拥有河流、湖泊和海洋的星球，不过这些水域中盛的是液态甲烷和乙烷，而不是水。在约零下 179 摄氏度的环境下，水冰起到了岩石的作用。甲烷从云中降下，流经地表后再次蒸发，形成一个类似地球水循环的过程。

土卫六的冰壳之下也可能存在一个液态水海洋，NASA“卡西尼号”探测器的重力测量数据支持了这一点。欧洲航天局的“惠更斯号”探测器于 2005 年降落在土卫六表面，它记录下的无线电信号暗示，这个海洋位于地表以下 55–80 千米处。

荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯于 1655 年 3 月 25 日发现了土卫六。NASA 计划派往土卫六的下一个任务“蜻蜓号”是一架旋翼飞行器，将在土卫六表面各处飞行探测。截至 2026 年，它预计不会早于 2028 年 7 月发射，计划在土卫六上执行为期 3.3 年的任务。