天文學家認為，土衛六上分佈著眾多由液體甲烷和乙烷構成的湖泊，這顆衛星的寒冷程度超過南極洲。科學家表示，雖然土衛六上更加寒冷，但是它上面的風、雨和構造過程，使它成為太陽系中與地球最相像的天體。雖然這顆衛星低達零下292華氏度零下180攝氏度的平均表面溫度會使水始終保持固體狀態，但是它表面存在液體甲烷和乙烷，這些物質可為生命提供一個棲息地，但沒有氧難被引燃。
張曉辰很清楚早在1655年，荷蘭天文學家克里斯蒂安·惠更斯用他自制的新望遠鏡對準土星，準備研究土星環，但讓他驚訝的是，在土星的旁邊赫然有一顆巨大的衛星，這就是土衛六——泰坦。
1907年，西班牙天文學家何塞·科馬斯·索拉從望遠鏡中觀測到土衛六的圓面邊界有陰影，指出這是存在大氣的象徵。
1944年，荷蘭裔美國天文學家傑拉德·柯伊伯用光譜分析儀觀測，發現土衛六上存在甲烷氣體。
1979年9月1日，先驅者11號從距土星千米處掠過土星，拍攝到土星巨大的衛星土衛六的照片。並初步判斷土衛六上的溫度極低，生命幾乎無法生存。
1980年11月12日，旅行者1號從距土星千米處飛越土星，九個月後，即1981年8月25日，旅行者2號從距土星千米處飛過。這兩個探測器對土衛六的探測結果表明，土衛六大氣的主要成分是氮，其他成分為氬佔6）、甲烷2~3）、氫0.6）。表面大氣壓力為1.5x10?帕，不過土衛六表面溫度很低，為179c，在距表面45千米高處的對流層頂，溫度更低，為203c，難以指望孕育生命。
2004年10月26日，卡西尼土星探測器第一次飛越土衛六。
2004年12月13日，卡西尼土星探測器第二次飛越土衛六。
2004年12月24日，卡西尼土星探測器釋放惠更斯子探測器。
2005年1月14日，惠更斯子探測器在土衛六表面降落，向地面觀測站傳回300多幅土衛六照片。
2007年10月~2008年7月間，卡西尼土星探測器在完成其它探測任務的同時，還將10次探測土衛六。
旅行者1號和旅行者2號曾經探測過土衛六。旅行者1號曾試圖儘可能的接近土衛六；不幸的是，旅行者1號上沒有儀器能夠穿透土衛六上的迷霧，因為當時根本不知道上面有云層的存在。多年之後，在對旅行者1號桔色濾鏡拍攝的圖片進行復雜的數字處理後，雖仍然沒有能夠解釋如世外桃源地區和鐮刀地區明亮和黑暗地貌的成因，但從那時起，這些地區就開始被哈勃天文望遠鏡用紅外線加以觀測了。
旅行者2號只是粗略的探測過土衛六，旅行者2號團隊必須從“調整軌道讓旅行者2號詳細檢視土衛六”和“使用另外一個訪問天王星和海王星的軌道”中選取一個。由於旅行者1號沒有能夠觀測到其表面地貌，旅行者2號團隊選擇了後一個方案。
1979年9月1日，，“先驅者11號”飛掠土星，考察了土衛六。不過，當“先驅者11號”考察土衛六時，正趕上一陣強烈的太陽風，嚴重地影響了發回的資訊。地面控制中心只收到它在35萬公里處拍下的5張高解析度的照片。
在照片上，土衛六呈現美麗的桔紅色，像熟透了的桔子。“旅行者1號”於1980年11月11日飛臨土衛六。它離雲頂只有4000公里，探測取得完滿的成功。就是這次，測得土衛六的直徑為4828公里，而不是過去認為的5550公里。
只有先驅者11號、旅行者1號和2號三個探測器飛臨土星進行過探測土星的活動。1979年9月1日，先驅者11號經過6年半的太空旅程，成為第一個造訪土星的探測器。它在距離土星雲頂千米的上空飛越，對土星進行了10天的探測，發回第一批土星照片。
先驅者11號不僅發現了兩條新的土星光環和土星的第11顆衛星，而且證實土星的磁場比地球磁場強600倍。9月2日第二次穿過土星環平面，並利用土星的引力作用拐向土衛六，從而探測了這顆可能孕育有生命的星球。
1980年11月12日，旅行者1號從距離土星千米的地方飛過，一共發回1萬餘幅彩色照片。這次探測不僅證實了土衛十、十一、十二的存在，而且又發現了3顆新的土星小衛星。當它距離土衛六不到5000千米的地方飛過時，首次探測分析了這顆土星的最大衛星的大氣，發現土衛六的大氣中既沒有充足的水蒸氣，其表面也沒有足夠數量的液態水。
1981年8月25日，旅行者2號從距離土星雲頂千米的高空飛越，傳回多幅土星照片。探測發現，土星表面寒冷多風，北半球高緯度地帶有強大而穩定的風暴，甚至比木星上的風暴更猛。土星也有一個大紅斑，長8000千米，寬6000千米，可能是由於土星大氣中上升氣流重新落入雲層時引起擾動和旋轉而形成的。
土星光環中不時也有閃電穿過，其威力超過地球上閃電的幾萬倍乃至幾十萬倍。它再次證實，土星環有7條。土星環是由直徑為幾厘米到幾米的粒子和礫石組成，內環的粒子較小，外環的粒子較大，因粒子密度不同使光環呈現不同顏色。每一條環可細分成上千條大大小小的小環，即使被認為空無一物的卡西尼縫也存在幾條小環，在高解析度的照片中，可以見到f環有5條小環相互纏繞在一起。土星環的整體形狀類似一個巨大的密紋唱片，從土星的雲頂一直延伸到32萬千米遠的地方。
旅行者2號發現了土星的13顆新衛星，使土星的衛星增至23顆。它考察了其中的9顆衛星，發現土衛三表面有一座大的環形山，直徑為400千米，底部向上隆起而呈圓頂狀，還有一條巨大的裂縫，環繞這顆衛星幾乎達34周；土衛八的一個半球為暗黑，另一個半球則十分明亮；土衛九的自轉週期只有9~10小時，與它的公轉週期550天相去甚遠；土衛六的實際直徑為4828千米，而不是原來認為的5800千米，是太陽系行星中的第二大衛星，它有黑暗寒冷的表面、液氮的海洋、暗紅的天空，偶爾灑下幾點夾雜著碳氫化合物的氮雨等，這是人類瞭解生命起源和各種化學反應的理想之處。
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