Les découvertes les plus spectaculaires se rapportent aux fameux anneaux qui entourent la planète. L'existence d'un anneau intérieur très proche de Saturne, postulée en 1969 par l'astronome français Pierre Guérin, et qui restait jusqu'alors controversée, se trouve confirmée, de même que celle d'un anneau extérieur s'étendant à plus de 400 000 km du centre de Saturne, mis en évidence en 1979 par l'astronome Audouin Dollfus et son assistant Serge Brunier.

Une traînée grise incurvée, sur les images d'un petit satellite, laisse supposer la présence d'un autre anneau extérieur. Mais, surtout, les images recueillies par les deux caméras de télévision à haute résolution montées sur l'engin révèlent que la structure des anneaux est beaucoup plus complexe qu'on ne l'imaginait.

Alors qu'on ne connaissait qu'une demi-douzaine d'anneaux, chacun de ceux-ci s'avère en réalité formé d'une série d'anneaux élémentaires, le nombre total d'anneaux atteignant plusieurs centaines. Même la division de Cassini (une séparation très marquée, large de 4 000 km, entre les deux anneaux les plus brillants visibles de la Terre), considérée auparavant comme une lacune de matière, apparaît remplie de poussières sombres réparties en une vingtaine au moins de fins anneaux.

On note la présence, au sein des anneaux, de nombreuses irrégularités insoupçonnées : variations d'épaisseur ou d'éclat, hétérogénéités dans la distribution de matière, etc. Au sein de l'un des anneaux observables de la Terre, l'anneau B, les photographies montrent de longues structures radiales sombres. Elles subsistent plusieurs heures sans se déformer, alors que la rotation différentielle entre le bord interne et le bord externe de l'anneau devrait les détruire rapidement. Elles tournent avec le champ magnétique de Saturne, ce qui suggère qu'elles sont liées à des phénomènes électromagnétiques. Elles pourraient correspondre à de petites particules chargées d'électricité statique, arrachées à l'anneau et maintenues, par répulsion, en suspension au-dessus de lui.

Couronnes

Un autre anneau, découvert en 1979 par Pioneer 11, l'anneau F, apparaît torsadé, formé de trois fines couronnes plus ou moins entrelacées, ce que l'on explique aussi par l'action de forces électromagnétiques ; en outre, il présente par endroits des accumulations de matière, liées semble-t-il aux perturbations provoquées par deux petits satellites gravitant l'un sur sa frange extérieure, l'autre sur sa frange intérieure. Toutes ces particularités conduisent à revoir la théorie en vigueur expliquant la stabilité du système d'anneaux par des phénomènes exclusivement gravitationnels.

L'analyse des signaux émis par Voyager 1 immédiatement avant et aussitôt après son passage derrière Saturne, et qui parviennent aux stations de réception terrestres après avoir traversé les anneaux, révèle que ces derniers sont constitués d'objets aux dimensions très variées (vraisemblablement des blocs rocheux recouverts de glace), allant de quelques millièmes de millimètre à plusieurs mètres. Certains anneaux semblent renfermer principalement de très petites particules, alors que d'autres se caractériseraient plutôt par une prédominance de gros blocs, comme s'ils ne s'étaient pas tous formés à la même époque.

Titan

Avant de survoler Saturne, la sonde s'est approchée, le 12 novembre, à 4 000 km seulement du plus gros de ses satellites, Titan. Le diamètre de cet objet est voisin de 5 000 km, ce qui fait de lui l'un des satellites planétaires les plus volumineux. Les observations effectuées depuis la Terre avaient donné à croire qu'il était enveloppé d'une atmosphère dense contenant du méthane : sa surface, dans ce cas, pourrait donc être le siège d'une chimie organique complexe, certains allant même jusqu'à y envisager la présence d'un embryon de vie.

Les images transmises par Voyager 1 s'avèrent décevantes. Comme Vénus, Titan est entouré d'une brume épaisse qui interdit d'observer le moindre détail de la surface. Cette couche nuageuse, de couleur orangée, ne présente de surcroît aucune structure particulière qui permettrait, par exemple, de déterminer sa période de rotation.