美国宇航局（NASA）目前正执行土星及其卫星探测任务的卡西尼号（Cassini）探测器，在土卫四的周围检测到了稀薄的大气层迹象。这证实了哈勃太空望远镜此前的观测结果，其曾在该卫星周围检测到臭氧存在的迹象。
卡西尼号探测器在土卫四周围测到了浓度非常稀薄的氧离子——平均每11立方厘米1个氧离子。这与距地球表面3,000英里处的大气密度相当。这个高度实际上高于国际空间站所保持的高度——海拔约205到255英里之间——之上。土卫四并不是唯一一个拥有大气层的土星卫星。土卫六（泰坦星）的大气层更为稠密，而土卫五（瑞亚星）的氧气层厚度与土卫四（狄奥涅星）相当。目前还不能确定这些卫星大气层中的氧分子是如何形成的，但这一发现证明，在没有生命体作用的情况下，氧气大气层也能生成。
氧分子的出现最有可能是因为来自太阳或其他源头的放射性粒子击中土卫四表面的水冰，导致氧从水分子中分解出来，生成氧气。
“科学家们甚至都还不确定土卫四的体积是否足以使其将外大气层牢牢吸引住，但这项新发现表明，土卫四比我们以前所了解的更为有趣，”卡西尼号的副项目科学家阿曼达·亨德里克斯（Amanda Hendrix）在NASA新闻稿中说，“科学家们正在挖掘卡西尼号发回的土卫四数据，以进行更加细致的研究。”土卫四周围既然已经检测到氧离子的存在，卡西尼项目科学家们的下一步是研究卡西尼号去年12月飞越土卫四表面时所收集的数据。若有任何发现，这将变得非常有趣。
