タイタン (衛星)
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タイタンには極地方、特に北半球を中心に大小様々な湖（海、 Mare）がある。タイタンで最も大きい湖は北半球にある直径1,170 kmのクラーケン海（Kraken Mare）で、面積は40万 km2 もあり、これは日本列島の総面積よりも大きい。これに次いでタイタンで2番目に大きな湖であるリゲイア海（Ligeia Mare）は、ほぼ純粋なメタンで満たされた海（湖）であるとされる。他に代表的な湖としてプンガ海などがある。これらの湖はかつては大気組成などから存在が推測されていただけであったが、現在では直接その存在が確認されている。
タイタンに炭化水素の湖または海が存在している可能性はボイジャー1号と2号のデータに基づいて初めて示された。この時の観測データは、タイタンがそれを保つのにおおむね適した温度と組成の厚い大気を持っていることを示していた。だが、直接的な証拠は1995年にハッブル宇宙望遠鏡とその他の観測によって初めて得られた。これらはタイタン上に相互に繋がっていないばらばらの水域か、または衛星全域に広がる海洋の規模で、地球における水のように液体のメタンが存在することを示唆していた。カッシーニは、ボイジャーの観測に基づく仮説を実証することに成功した。カッシーニが2004年に土星系に到着した際、炭化水素の湖や海の水面から反射した太陽光が検出されることが期待されたが、初回の調査では鏡面反射は観測されなかった。しかしその後の観測で、タイタン各地に液体メタンによる湖が発見された。南極の近くでは謎めいた暗い地形が確認され、オンタリオ湖（Ontario Lacus）と命名された（後に湖であることが確認された）。北半球の高緯度地帯でも全長数kmから300 kmまでの規模の大小様々な湖が発見され、海岸線の可能性がある地形もレーダー観測を通じて極付近に確認された。
2006年7月22日のフライバイに続いて、カッシーニは当時冬だった北緯度で、極付近にいくつかの大きく滑らかな（レーダーでは暗い）区画を撮影した。2007年1月に科学者は観測に基づいて、「土星の衛星であるタイタンに、メタンで満たされた湖が存在している決定的な証拠」を発表した。カッシーニのミッションチームは、撮影された地形はほぼ確実に長期間に渡って存在している炭化水素の湖で、地球外で初めて発見された、安定して表面に存在している液体であると結論付けた。中には、液体に関連していると思われる水路もあり、地形の窪みに存在している。液体の浸食による地形は比較的新しいように見え、いくつかの河川では驚くほど浸食を受けておらず、タイタンの浸食が進むのが非常に遅いか、あるいは最近いくつかの地理的現象が古い河床や地形を一掃した可能性がある。カッシーニの観測では湖は表面のごくわずかしか覆っておらず、タイタンは全体的に地球よりもかなり乾燥している。ほとんどの湖は（太陽光が相対的に少ないため蒸発しにくい）極付近に集中しているが、いくつかの長年の研究により、赤道付近の砂漠地域でも炭化水素の湖が発見されている。この砂漠地域の例として、ホイヘンスが着陸した地点付近にある、アメリカ・ユタ州のグレートソルト湖の約半分の大きさを持つシャングリラ（Shangri-La）がある。このような赤道付近にある湖は、いわば「オアシス」のようなものとされており、地下の帯水層から供給されている可能性がある。また、この低緯度に存在している湖がタイタン全体のメタン循環の源になっている可能性が指摘されている。
リゲイア海の地形の変化
2008年6月、カッシーニのイオン・中性質量分析器は、オンタリオ湖に液体のエタンが間違いなく存在していることを確認した。同年12月21日、カッシーニはオンタリオ湖上空を直接飛行し、レーダーで湖面からの鏡面反射を観測した。反射の強さは、探査機の受信機を飽和させ、湖の水位が3 mm以上変化しないことを示した（表面の風がとても弱いか、湖の炭化水素の粘性が高いことを示している）。
2009年7月8日、カッシーニの可視・赤外マッピング分光光度計（VIMS）によって、15年間の冬が終わり、太陽光が入るようになった北極付近にあるチンポー湖（Jingpo Lacus）と呼ばれる湖から、表面が鏡のように滑らかであることを示す鏡面反射が観測された。この観測結果から、レーダー画像から導き出された液体で満たされた広大な地形があるという推論が実証された。
2009年7月と2010年1月に行われた初期のレーダー測定では、オンタリオ湖は平均深度が0.4 mから3 m、最大深度が3 mから7 mと非常に浅いことが示された。それに対して北半球のリゲイア海は、当初のレーダー観測の解析技術では、最大深度は8 m以上とされていた。その後の2014年に発表された科学的分析で、タイタンにある3つの海の深さをより完全に調べたところ、最大深度が200 m以上あることが示された。リゲイア海の平均深度は20 mから40 mだが、リゲイアの他の部分では全くレーダーを反射しておらず、深度が200 m以上あることを示している。
2013年5月、カッシーニのレーダー高度計はヴィド溝（Vid Flumina）の水路を観測し、これがタイタンで2番目に大きな炭化水素の海であるリゲイア海に繋がっている流水構造であると定義づけられた。受信されたエコーの解析では、水路は急斜面で深い（最大で570 m）渓谷に位置しており、液体で満たされていることを示す強い鏡面反射が示された。これらの水路内の液体の水位上昇は、リゲイア海と同じく垂直方向に約0.7 m以内で、これは冠水した河谷であるという解釈と一致する。鏡面反射は、リゲイア海の水位を超えた低示の支流でも観測され、主水路構造への水の供給と一致している。これはおそらく、液体水路の存在を示す初めての直接的な証拠であり、またタイタンで初めて観測された100 m以上の深度を持つ渓谷であろう。ヴィド溝は、このように深い海で冠水しているが、より高い地表にある液体の存在を証明するために、いくつかの独立した観測が行われている。
カッシーニは、2006年から2011年にかけてタイタンを6回フライバイした間、タイタンの放射測定追跡と光学ナビゲーションデータの収集を行った。このデータから、研究員はタイタンの地形の変化を大まか推測することができた。タイタンの密度は、組成が岩石が約60%で水が約40%である場合と一致している。研究チームの分析は、タイタンが軌道を公転する間に地表が最大で10 mも上昇あるいは下降することを示唆している。この変化の大きさはタイタンの内部が比較的変形しやすいことを意味しており、最も可能性が高いモデルは、全球を覆う海の上に主に氷から成る厚さ数十kmの殻が浮いているような構造とするものである。研究チームはの研究結果からは、以前の研究結果とも照らし合わせると、タイタンの地下の海が表面よりも100 km以上深いところにある可能性が示唆されている。2014年7月2日、NASAはタイタンの氷の下にある海の塩分濃度が死海に匹敵する可能性があると発表した。同年9月3日、NASAはタイタンのメタンの雨が、地下の凍結したクラスレート（包摂化合物）と相互作用し、最終的に河川や湖沼に供給されるエタンやプロパンが生成される可能性があると報告した。
2016年、タイタンはリゲイア海に流れ込む一連の深い急斜面の渓谷で、液体で満たされた水路の直接的な証拠を発見した。それは先述したヴィド溝で発見され、深度は240 mから570 mで、40度の急な斜面になっている。これらの地形はおそらく、地球のグランドキャニオンのような地殻の隆起、または海面の低下、あるいはその2つの組み合わせによって形成されたと考えられている。浸食の深さは、この地域での液体の流れが何千年も続く長期的なものであることを示している。
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北極地域の湖、チンポー湖の鏡面反射を捉えた赤外線画像: ボルセーナ湖（Bolsena Lacus、右下）と他の北半球の湖

タイタンの北半球(左)と南半球(右)の湖の数を比較した画像: タイタンの南極付近の湖の変化を示した1年間隔で撮影された2枚の画像