Tout au plus perçoit-on, sur les photographies à haute résolution, que l'hémisphère Nord du satellite est légèrement plus sombre que l'hémisphère Sud. Cette différence de teinte est imputée à un phénomène de saison et pourrait être l'indice d'un gradient thermique important dans l'atmosphère, qui serait agitée de courants puissants.

L'étude de Titan par les instruments scientifiques de Voyager 1 a été, en revanche, extrêmement fructueuse. Elle conduit à une vision de l'astre tout à fait nouvelle. La composition chimique et le profil thermique de son atmosphère peuvent être établis à partir d'observations dans l'infrarouge et dans l'ultraviolet, et de l'analyse des signaux radio émis par la sonde immédiatement avant sa disparition derrière le satellite (ceux-ci ne parvenant alors sur la Terre qu'après avoir traversé l'atmosphère de Titan et subi des perturbations liées à sa densité, à sa température et à sa composition chimique).

Azote

Cette atmosphère se révèle constituée à 99 % par de l'azote. Loin d'en être un composant majeur, le méthane n'intervient que pour 1 % environ. D'autres hydrocarbures et des composés divers plus complexes sont présents, mais à l'état de traces. La température, voisine de – 100 °C dans les couches supérieures de l'atmosphère, s'abaisse autour de – 180 °C à la surface, où la pression est évaluée à 1,5 bar environ. Il semble exclu qu'une forme quelconque de vie se développe à une température aussi basse.

L'astre lui-même, avec une densité de 1,95, doit être constitué en proportions à peu près égales de roches et de glace. Il ne possède pas de champ magnétique propre notable, ce qui implique qu'il est dépourvu de noyau central métallique conducteur. Sans doute sa structure interne s'apparente-t-elle beaucoup à celle des deux principaux satellites de Jupiter — Ganymède et Callisto —, avec un noyau rocheux entouré d'un épais manteau de glace. On imagine sa surface parsemée de dépôts d'hydrocarbures gelés et de lacs d'azote liquide.

Voyager 1 s'approche aussi de la plupart des autres satellites connus de Saturne, faisant découvrir un nouveau type d'objets secondaires du système solaire : des miniplanètes, dont la masse est comprise entre 1 et 10 % de celle des principaux satellites de la planète Jupiter.

Trois d'entre elles, Mimas, Dioné et Rhéa, sont photographiées dans des conditions particulièrement favorables. Ce sont des mondes glacés, dont la surface apparaît criblée de très nombreux cratères, cicatrices probables — demeurées intactes en l'absence d'érosion et d'activité géologique intense — du violent bombardement météoritique auquel se trouvèrent soumis les corps du système solaire au début de leur histoire.

Cratères

Toutefois, animés, comme la plupart des autres satellites du système solaire, d'une rotation synchrone autour de leur planète — ce qui signifie qu'ils gravitent autour de Saturne en lui présentant toujours la même face —, ces satellites offrent deux hémisphères assez différents : les cratères sont plus abondants sur leur hémisphère avant, tourné en permanence vers la région de l'espace qu'ils balaient, que sur l'hémisphère arrière, dirigé à l'opposé de leur mouvement.

Mimas, qui gravite à 125 000 km du bord de Saturne, se révèle plus petit qu'on le présumait : l'estimation de son diamètre est ramenée de 500 à 390 km. Sa face avant comporte un immense cratère, dont le diamètre atteint le tiers de celui du satellite lui-même, avec un piton central haut de 9 km, et l'on observe aux antipodes de grandes fissures, vraisemblablement créées par l'ébranlement consécutif à l'impact survenu sur la face opposée. Ce satellite a été heurté jadis par un astéroïde qui faillit le faire éclater.

Dioné, à 317 000 km de Saturne, apparaît au contraire plus gros que les observations effectuées depuis la Terre ne le laissaient prévoir ; son diamètre atteint 1 120 km. Les premières images prises par Voyager 1, le 9 novembre, d'une distance de plus de 4 000 000 km, font présumer une ressemblance avec Ganymède. Des clichés plus détaillés, recueillis le 12 novembre, depuis 790 000 km, révèlent à sa surface de nombreux cratères, atteignant jusqu'à 100 km de diamètre.