תוֹכֶן
ענקית הגז שבתאי היא כוכב הלכת השני בגודלו במערכת השמש, אך מרחקו מכדור הארץ הקשה על החקירה. פרט לכמה זבובי בדיקות בשנות השבעים והשמונים, הבדיקה המעמיקה היחידה של הכוכב הגיעה כאשר החללית קאסיני-הויגנס הגיעה לסטורן בשנת 2004. למרות כמות המידע המוגבלת שקיימת על סטורן, מדענים עשתה תיאוריה על מה שיש ליבת כוכבי הלכת.
תצורה פלנטרית
על פי התיאוריה הנוכחית של היווצרות כוכבי לכת, חומר השאריות שנוצר מהיווצרות כוכב מתפשט לדיסק, כאשר חומרים צפופים יותר נשארים קרוב יותר למרכז הענן ואלמנטים קלים יותר מסתובבים רחוק יותר. כאשר החומר הכבד והסוער יותר מתחיל להתנגש, הוא יוצר כוכבי לכת צפופים וסלעיים הנקראים כוכבי לכת יבשתיים. מעבר לאזור זה, אלמנטים קלים וקפואים יוצרים ענקי גז, המכונים לעיתים כוכבי לכת Jovian. ניתוח השבתאי מעלה כי ליבתו עשויה להיות סלעית חלקית, בשונה מענקיות גז אחרות שאולי אין בהן גרעין מוצק.
תנאי אטמוספירה
כ 75 אחוז מ שבתאי הוא מימן, כאשר 25 האחוזים הנותרים מורכבים ברובם מהליום. ישנם גם חומרי עקבות כמו קרח מים ומתאן. כוח הכוכב החזק של כוכבי הלכת שומר על האטמוספרה על שכבות הדוקות, אם כי לעיתים פורצות סערות עוצמתיות מלמטה ומספקות הצצות אל פנים כוכבי הלכת. עם זאת, עד כה לא ניתן היה לצפות במצבים מעבר לאטמוספרות החיצוניות ביותר.
צפיפות שבתאי
גורם אחד שמציע רמז לאיפור הפנים של סטורנס הוא הצפיפות שלו. אסטרונומים יכולים לחשב את מסה של כוכב לכת על ידי התבוננות בירחיו המסתובבים, בעזרת מסלולם כדי לחשב את מסת הכוכב שעליו הם מקיפים. תצפיות מספקות גם את קוטר שבתאי, ומאפשרות למדענים לחשב את צפיפותו. הצפיפות של שבתאי היא 0.687 גרם לסנטימטר מעוקב, שהוא למעשה פחות צפוף ממים. הנתון הנמוך הזה מציע שאם יש גרעין מוצק בכוכב הלכת, הוא קטן יחסית.
הליבה
העדויות בנוגע לאיפור של סטורן מצביעות על כך שהליבה שלו מורכבת ברובה מאותם אלמנטים המרכיבים את האטמוספרה שלה, כאשר מימן והליום הפכו למסה חלקית וחצי מוצקה על ידי כוחות החום וכוח הכבידה שנמצאים במרכז כוכבי הלכת. למרות שאולי נותרו כמה נתחי סלע מההיווצרות הראשונית של כוכבי הלכת, מדענים מאמינים שרוב הגרעין הוא תערובת סירופית של מימן וגזים אחרים כמעט קפואים, עם מעט מאוד חומר מוצק. עד שמשימות עתידיות ייעמקו במסתורין של ענקית הגז, עם זאת, איש אינו יכול לדעת בוודאות.