Sau khi tiếp cận khá gần với mặt trăng có tên Dione của sao Thổ, tàu vũ trụ Cassini của NASA đã phát hiện ra rằng hành tinh này có một lớp khí quyển mỏng. Các dữ liệu gởi về từ Cassini cho thấy Dione đã để lại các "dấu vết" sau khi di chuyển qua vùng từ trường lớn của sao Thổ. Theo nhà nghiên cứu Sven Simon đến từ viện khí tượng và địa vật lý thuộc đại học Cologne (Đức): "Nếu một mặt trăng không sở hữu bầu khí quyển hay đơn thuần chỉ là một quả cầu băng thì từ trường sẽ không bị cản trở khi di chuyển ngược dòng với mặt trăng. Để làm gián đoạn từ trường thì mặt trăng phải có tính dẫn. Cụ thể là măt trăng phải có các hạt mang điện tích và trong trường hợp này, các hạt mang điện tồn tại trong bầu khí quyển của mặt trăng."
Với chiều rộng khoảng 1.123 km, Dione là mặt trăng có kích thước lớn thứ 15 trong hệ Mặt Trời. Dione có độ đậm đặc gấp 1.5 lần nước lỏng và các nhà khoa học đoán rằng nó có thành phần chủ yếu là băng và có lõi bằng đá cứng.
Tuy nhiên, Dione không đủ lớn để duy trì một bầu khí quyển bền như Trái Đất. Trái Đất và các hành tinh lớn có trường trọng lực rất mạnh, ngăn các hạt trong khí quyển thất thoát vào không gian. Bầu khí quyển trên Dione lại thiếu sự tác động của trọng lực vì vậy, lớp khí mỏng trên mặt trăng này sở dĩ tồn tại là do nó liên tục được nạp điện tích.
Sao Thổ được bao bọc bởi một vành đai chứa rất nhiều hạt năng lượng, khá giống với vành đai Van Allen xung quanh Trái Đất. Theo Simon: "Dione nằm trong vành đai của sao Thổ và lý do khiến nó sở hữu một bầu khí quyển là tại đây rất nóng và các hạt di chuyển nhanh liên tục va chạm với bề mặt mặt trăng." Khi các hạt dội vào Dione, chúng phá vỡ hóa học lớp băng trên bề mặt, giải phóng các phân tử và từ đây hình thành khí quyển của mặt trăng.
Bên cạnh Dione thì vào năm ngoái, một mặt trăng khác của sao Thổ là Rhea đã được các nhà nghiên cứu nhận định là có kích thước đủ lớn để duy trì một bầu khí quyển mỏng nhờ vào trọng lực và họ cũng đã tìm thấy không khí trong bầu khí quyển này.
Do lớp khí mỏng trên Dione được xác định qua các dữ liệu từ trường được tàu Cassini gởi về, các nhà khoa học vẫn chưa rõ thành phần khí quyển của Dione. Theo dự đoán thì khí quyển chứa phần lớn là oxy do nó được tạo ra từ băng.
Simon hy vọng dữ liệu hiện có từ các công cụ khác trang bị trên tàu Cassini sẽ cung cấp thêm những manh mối về thành phần hóa học trong khí quyển của Dione. Qua đó, họ sẽ định hướng nghiên cứu cho các chuyến du hành của tàu không gian trong thời gian tới. Simon nói: "Cassini đang bay trở lại Dione, chuyến bay khảo sát cự ly gần của nó sẽ được thực hiện vào ngày 12 tháng 12 năm nay. Hiện tại, chúng tôi chỉ biết là có một bầu khí quyển trên Dione, chúng tôi có thể điều chỉnh máy phát hiện hạt và máy đo phổ electron trên Cassini để khai thác thêm nhiều dữ liệu hơn."
Tuy nhiên, theo Simon thì họ sẽ thể bỏ lỡ cơ hội bởi: "Sau chuyến bay khảo sát vào tháng 12, Cassini chỉ còn 2 cơ hội tiếp cận Dione và 1 lần ghé thăm Rhea" với các tên lửa đẩy hiện tại. Tàu Cassini sẽ ngưng hoạt động vào tháng 12 năm 2017. Vì vậy, "Đây là cơ hội cuối cùng để chúng tôi có được cái nhìn cận cảnh về các mặt trăng phủ băng của sao Thổ," Simon nhấn mạnh.
