Mit einem Durchmesser von rund 1100 Kilometern gehört der Saturnmond Dione zu den mittelgroßen Begleitern des Ringplaneten. Er besteht überwiegend aus Wassereis und ist von einer alten, mit Einschlagkratern übersäten Oberfläche umgeben. In Messdaten der Raumsonde Cassini, die bei einem dichten Vorbeiflug im April 2010 aufgezeichnet wurden, stießen die Planetenforscher nun auf eine hauchdünne Atmosphäre aus molekularem Sauerstoff. Die Gashülle ist so dünn, dass auf ein Volumen von elf Kubikzentimetern nur ein Molekül Sauerstoff kommt. Dies entspricht dem Luftdruck in der Erdatmosphäre in 480 Kilometer Höhe, also in einer Region, in der bereits Satelliten und die Internationale Raumstation die Erde umrunden. Die Messdaten wurden mit dem Plasmaspektrometer von Cassini aufgenommen.

Der Sauerstoff wird wahrscheinlich durch den Beschuss der Eisoberfläche mit solaren Photonen oder Partikeln der kosmischen Strahlung aus dem Eis herausgeschlagen. Er ist definitiv nicht biologischen Ursprungs. Die Forscher um Robert Tokar vom Los Alamos National Laboratory in New Mexico schließen auch einen Ursprung durch geologische Aktivitäten von Dione nicht völlig aus. Dione befindet sich in einer Gezeitenresonanz mit dem inneren Mond Enceladus, der dadurch zu vulkanischer Aktivität angeregt wird. Diese Resonanz wirkt sich in schwächerem Maße auch auf Dione aus, so dass ihr Inneres möglicherweise nicht völlig durchgefroren ist. Vielleicht tritt auch bei Dione flüssiges Wasser an die Oberfläche und sublimiert dort in den Weltraum. Aus diesem Dampf könnte durch Strahlung leicht molekularer Sauerstoff entstehen.

Der Nachweis einer ultradünnen Sauerstoff-Gashülle um Dione ist nicht die erste Entdeckung dieser Art im Saturnsystem. Bereits im Jahr 2010 waren Planetenforscher beim zweitgrößten Saturnmond, Rhea, auf eine derartige Gashülle gestoßen. Derzeit sind die Forscher dabei, Messdaten des Ionen- und Neutralmassenspektrometers NIMS an Bord von Cassini auszuwerten, um die Beschreibung der Gashülle um Dione zu vervollständigen. Sie wurden während eines Vorbeiflugs im Dezember 2011 aufgezeichnet.