Сатурн 

Фотографія Сатурна, зроблена космічним телескопом Габбл 2001 року
Названа на честь	Сатурн і У-сін
Орбітальні характеристики
Епоха J2000
Велика піввісь	1 433 449 370 км 9,582  а.о.
Перигелій	1 353 572 956 км 9,048 а.о.
Афелій	1 513 325 783 км 10,116 а. о.
Середній радіус орбіти	58 232 ± 6 км[1], 60 268 ± 4 км[1][2] і 54 364 ± 10 км[1]
Ексцентриситет	0,055 723 219
Орбітальний період	29,4571 років
Синодичний період	378,09 діб
Середня орбітальна швидкість	9,69 км/с
Нахил орбіти	2,485 240° до екліптики 5,51° до сонячного екватора
Довгота висхідного вузла	113,642 811°
Супутники	274
Фізичні характеристики
Екваторіальний радіус	60 268 ± 4 км[3] 9,4492 Землі
Полярний радіус	54 364 ± 10 км 8,5521 Землі
Сплюснутість	0,09796 ± 0,00018
Площа поверхні	4,27× 1010 км²[4] 83,703 Землі
Об'єм	8,2713× 1014 км³[5] 763,59 Землі
Маса	5,6846× 1026 кг 95,152 мас Землі
Середня густина	687 кг/м3
Прискорення вільного падіння на поверхні	10,44 м/с² 1,065 g
Друга космічна швидкість	35,5 км/с[5]
Період обертання	10 год 34 хв 13с ± 2с
Екваторіальна швидкість обертання	9,87 км/c
Нахил осі	26,73°[5]
Пряме піднесення північного полюса	21 год 10 мін 44 с 317,68143°
Схилення північного полюса	52,88650°
Видима зоряна величина	від +1,47 до −0,24[6]
Стандартна зоряна величина	28
Атмосфера
Тиск на поверхні	0,636 (0,4-0,87) кПа
Шкальна висота	59,5 км
Склад	• 95,32 % (+/-2,4 %) молекулярного водню  • 3,25 % (+/-2,4 %) гелію  • 4500 (+/-2000) [[ Мільйонна частка|ppm]] метану  • 125 (+/-75) ppm аміаку  • 110 (+/-58) ppm дейтериду водню  • 7 (+/-1,5) ppm етану  • аміачний лід  • водяний лід  • гідросульфід амонію[7]
Сатурн у Вікісховищі

Сату́рн — шоста за віддаленістю планета від Сонця і друга за розміром у Сонячній системі. Це газовий гігант, який складається переважно з водню та гелію. Сатурн є найбільш віддаленою від Землі планетою, що була відкрита неозброєним оком ще в давні часи^[8].

Радіус Сатурна лише на 16 % менше радіуса Юпітера, але його маса становить менш ніж третину маси Юпітера^[9][7]. Водночас його маса більша за земну в 95 разів, а радіус більший в 9,5 раза, але магнітне поле трохи слабше за земне^[10]. Планета обертається навколо Сонця на відстані 9,58 астрономічної одиниці (1434 млн км), з орбітальним періодом 29,45 року^[11]. Сатурн швидко обертається навколо своєї осі (з періодом — 10,65 години), складається переважно з рідкого водню і гелію, має товстий шар атмосфери. В атмосфері Сатурна міститься 94 % водню і 6 % гелію (за об'ємом).

На відміну від Юпітера, смуги на Сатурні доходять до дуже високих широт — 78°. Спостерігається величезне овальне утворення розміром із Землю, що лежить недалеко від північного полюса, назване Великою білою плямою, виявлено кілька плям меншого розміру. Через більшу, ніж на Юпітері, швидкість потоків, ці ураганні вихори швидко згасають і перемішуються зі смугами. Швидкості зональних вітрів поблизу екватора сягають 400—500 м/с, а на широті 30° — близько 100 м/с. Невисока контрастність кольорів на видимому диску Сатурна пов'язана з тим, що через низькі температури в надхмарній атмосфері Сатурна, де пари аміаку виморожуються, утворюється шар густого туману, який ховає структуру поясів і зон, тому на Сатурні вони помітні не так чітко, як на Юпітері.

Сатурн має яскраву й велику систему кілець, що складається переважно з частинок льоду, з меншою кількістю скелястих уламків і пилу^[12]. Навколо планети обертаються щонайменше 274 супутників, 63 з яких мають офіційні назви^[13]. Титан — найбільший супутник Сатурна і другий за розміром супутник у Сонячній системі — є більшим за планету Меркурій і єдиним супутником у Сонячній системі, який має щільну атмосферу^[14].

Сучасна назва планети походить від імені римського бога Сатурна^[8]. У Стародавній Греції планета була відома як Файнон (грец. Φαίνων)^[15], а в часи Римської імперії ― як «зоря Сатурна»^[16]. У давньоримській міфології планета вважалась священною для бога хліборобства Сатурна, від якого й отримала сучасну назву^[17].

Його астрономічний символ (♄) походить з Oxyrhynchus Papyri, де його можна побачити як грецьку лігатуру каппа-ро з горизонтальним штрихом, як абревіатуру від Κρονος (Кронос), грецької назви планети^[18].

Сучасні назви супутників Сатурна впровадив Джон Гершель 1847 року. Вчений запропонував назвати їх на честь міфологічних персонажів, пов'язаних з римським богом землеробства та врожаю^[19]. Відомі на той час сім супутників були названі на честь титанів і гігантів — братів і сестер Кроноса^[20]. Коли у XX столітті імена титанів були вичерпані, супутники почали називати на честь різних персонажів греко-римської або інших міфологій^[21].

Нерегулярні супутники об'єднують в орбітальні групи на основі нахилу їх орбіт. У системі Сатурна є три групи, назви яких походять з різних міфологій: інуїтська, галльська і скандинавська група^[13]. Усі нерегулярні супутники (за винятком Феба, відкритого на століття раніше за інших) названі на честь персонажів інуїтської, галльської та скандинавської міфологій відповідно^[22].

Сатурн — одна з п'яти планет Сонячної системи, легко видимих неозброєним оком із Землі. У максимумі блиск Сатурна становить -0,24 видимої зоряної величини. Щоб спостерігати кільця Сатурна, потрібен телескоп діаметром не менш як 15 мм^[23].

Сатурн був відомий з доісторичних часів, оскільки його легко побачити неозброєним оком^[24]. Найдавніші письмові записи про Сатурн датуються 700 р. до н. е. і приписуються ассирійцям. Вони описали Сатурн як блиск у ночі та назвали її «Зоря Нініб»^[25].

Вавилонські астрономи систематично спостерігали та записували рух Сатурна^[26]. Грецький вчений Птолемей у 127 році н. е. розрахував орбіти Сатурна за результатами спостережень, зроблених, коли планета була у протистоянні^[27]. З правил санскритського трактату індійської астрономії «Сур'я-сіддханта(інші мови)», що датується 4—5 століттями, можна дійти розрахунків, що визначають кутовий діаметр Сатурна з похибкою менше 1%^[28].

Галілео Галілей був першим, хто спостерігав Сатурн за допомогою телескопа в 1610 році. Лише після винайдення телескопа люди змогли вперше побачити кільця Сатурна. Через нечіткість телескопа Галілей не міг визначити, що це за кільця, і помилково припустив, що по обидва боки від Сатурна є два великі супутники. Через два роки, коли він знову побачив Сатурн, «супутники» зникли, що дуже заплутало Галілея; зараз відомо, що їх не було видно через особливості його орбіти. Ще через два роки Галілей знову подивився на Сатурн і виявив, що «супутники» повернулися. Він дійшов висновку, що це були наче якісь «руки» навколо планети^[24][29].

1659 року голландський астроном Християн Гюйгенс розгадав таємницю «рук» Сатурна^[29]. Завдяки вдосконаленій оптиці телескопа він зробив висновок, що «руки» насправді були системою кілець. Також він відкрив супутник Сатурна, Титан^[24]. Через кілька років після відкриттів Гюйгенса італо-французький астроном Джованні Кассіні відкрив ще чотири великі супутники Сатурна: Япет, Рею, Тефію і Діону. 1675 року Кассіні виявив вузьку щілину, яка розділяє систему кілець Сатурна на дві частини, і відтоді вона була відома як «відділ Кассіні»^[30]. На честь цих вчених пізніше було названо космічний апарат «Кассіні — Гюйгенс», який досліджував Сатурн^[24].

Інші важливі відкриття були зроблені значно пізніше. 1789 року Вільям Гершель відкрив ще два супутники — Мімас і Енцелад^[31].1848 року команда британських вчених відкрила Гіперіон^[32]. 1899 року Вільям Генрі Пікерінг відкрив супутник Феба^[32]. У XIX столітті Джеймс Едвард Кілер визначив, що кільцева система не є суцільною структурою, а насправді складається з дрібних частинок^[24]. Дослідження Титана на початку XX століття привели до підтвердження в 1944 році того, що супутник має густу атмосферу — особливість, унікальну серед супутників Сонячної системи^[33].

«Піонер-11» здійснив перший обліт Сатурна у вересні 1979 року, пройшовши на відстані 20 900 км від вершини хмар планети^[34]. «Піонер-11» виявив ударну хвилю Сатурна 31 серпня 1979 року приблизно за 1,5 млн км від планети, таким чином надавши перші переконливі докази існування магнітного поля Сатурна^[35].

Під час польоту космічний корабель зробив 440 зображень системи Сатурна^[36]. Були зображення планети та кількох її супутників, хоча їх роздільна здатність була надто низькою, щоб розрізнити деталі поверхні. Апарат виявив два раніше невідомі малі супутники та додаткове тонке кільце F, а також той факт, що темні проміжки в кільцях яскраві, якщо дивитися під великим фазовим кутом (до Сонця). Це свідчить про наявність дрібних частинок, які розсіюють світло^[34].

Було також виміряно температуру Сатурна, яка в середньому становила −180 °C. Також фотографії вказували на менш виразну атмосферу, ніж у Юпітера. Аналіз даних показав, що планета складається переважно з рідкого водню^[35].

«Вояджер-1» підлетів до планети в 1980 році та виявив у системі Сатурна п'ять нових супутників і ще одне кільце — G. Також він надав зображення Титана, Мімаса, Енцелада, Тефії, Діони та Реї. Згідно з отриманими даними, усі супутники складаються переважно з водяного льоду. «Вояджер-1» наблизився до Сатурна 12 листопада 1980 року на відстань 126 000 км^[37].

1981 року «Вояджер-2» підлетів до Сатурна. Найменша відстань була 26 серпня 1981 року — близько 100 тис. км (що приблизно на 26 000 км ближче, ніж «Вояджер-1»). Космічний корабель надав більш детальні зображення основних кілець, а також кільця F та його супутників-пастухів^[38], які виявив «Вояджер-1». Дані «Вояджера-2» свідчать про те, що кільце A Сатурна близько 300 метрів завтовшки^[39].

«Вояджер-2» також зробив знімки Гіперіона, Енцелада, Тефії, Феби та відкритих незадовго до того Гелени, Телесто і Каліпсо^[39].

У 1990-х Сатурн, його супутники й кільця досліджував космічний телескоп «Габбл». 1998 року космічний телескоп Габбла зафіксував на Сатурні ультрафіолетові полярні сяйва^[40]. Довготривалі спостереження дали чимало нової інформації, яка була недоступна для «Піонера-11» і «Вояджерів» під час їх прольотів повз планету. Також було відкрито кілька супутників Сатурна і визначено максимальну товщину його кілець. Вимірами, що здійснені 20—21 листопада 1995 року, було визначено їх детальну структуру^[41]. 2003 року, під час періоду максимального нахилу кілець було отримано 30 зображень планети в різних діапазонах довжин хвиль, що на той час давало найкраще охоплення відповідно до спектра випромінювань за всю історію спостережень^[42]. Ці зображення дозволили науковцям краще вивчити процеси, що відбуваються в атмосфері, а також створити моделі зміни сезонів у атмосфері^[43].

Космічний апарат «Кассіні» обертався навколо Сатурна з 2004 року і став його першим штучним супутником^[44].

Цей космічний апарат вивчав систему супутників Сатурна, склад кілець, виміряв гравітаційне поле і метеорологію Сатурна^[30]. Апарат спостерігав за структурою та складом кілець Сатурна, динамічними процесами в них, взаємозв'язком кілець і супутників, пиловим та мікрометеороїдним середовищем. А також було досліджено крижані супутники та магнітосферу Сатурна^[45].

Місія «Кассіні» мала завершитися в середині 2008 року, проте була розширена на час північного сонцестояння Сатурна й Титана у 2017 році. Планувалося перевірити узгодженість коливань стратосфери з 14,8-річним періодом^[46]. У вересні 2017 року «Кассіні» завершив 13-річну орбітальну місію зануренням в атмосферу Сатурна. Останні п'ять обертів «Кассіні» дали вченим змогу вперше безпосередньо взяти зразки атмосфери Сатурна^[47].

Космічний телескоп Джеймса Вебба у червні 2023 року надіслав свої перші фотографії Сатурна^[48]. В ході місії КА «Джеймс Вебб» спостерігатиме за Сатурном, його кільцями та супутниками у рамках комплексної програми вивчення Сонячної системи^[49].

Також широкомасштабні спостереження Сатурна здійснювалися Європейською південною обсерваторією в період із 2000 по 2003 рік. Було виявлено кілька маленьких супутників неправильної форми^[50].

У травні 2023 року команда астрономів, очолювана Едвардом Ештоном і Бреттом Гледменом, шляхом спостереження за допомогою телескопа CFHT виявила 62 раніше невідомих супутника Сатурна^[51]. Відкриті супутники мали неправильну форму і діаметр від 2,5 км^[51][52]. Разом із новими, загальний список супутників планети Сатурн розширився до 145^[51][53], пізніше було відкрито ще один супутник^[12].

Продовження дослідження Сатурна планується НАСА в рамках програми місій New Frontiers. У 2010-х роках НАСА представили плани місії на Сатурн, яка включатиме атмосферний зонд Saturn Atmospheric Entry Probe (зонд для спуску в атмосферу Сатурна) та запуск якої планується на 2027 рік^[54][55]. Також планується місія Dragonfly для дослідження придатності для життя Титана та Енцелада^[56]. Її запуск планується на 2028 рік^[57].

Походження Сатурна пояснюють три основні гіпотези. Згідно з гіпотезою контракції, склад Сатурна подібний до Сонця через великий вміст водню, тож малу густину можна пояснити тим, що під час формування планет на ранніх стадіях розвитку Сонячної системи в газопиловому диску утворилися масивні «згущення», що дали початок планетам, тобто, Сонце і планети формувалися однаково. Ця гіпотеза не може пояснити відмінності у складі Сатурна і Сонця^[58].

Гіпотеза акреції стверджує, що утворення Сатурна відбувалося у два етапи. Спочатку протягом 200 мільйонів років формувалися тверді щільні тіла на зразок планет земної групи. У цей час з області Юпітера і Сатурна було дисиповано частину газу, що надалі зумовило різницю в хімічному складі Сатурна і Сонця. Другий етап розпочався, коли найбільші тіла досягли подвоєної маси Землі. Протягом декількох сотень тисяч років тривала акреція газу на ці тіла з первинної протопланетної хмари. На другому етапі температура зовнішніх шарів Сатурна сягала 2000 °C^[58].

Згідно з відносно новою теорією нестабільності диска, скупчення пилу і газу зчепились на ранніх етапах існування Сонячної системи. З часом ці скупчення повільно ущільнюються в гігантську планету. Ці планети можуть формуватися швидше, ніж тіла, які формувались за моделлю акреції, іноді всього за тисячу років, що дозволяє їм затримувати легші гази, що швидко зникають. Вони також швидко досягають маси, що стабілізує орбіту, яка утримує їх від зіткнення із Сонцем^[59][60].

Сатурн — газовий гігант, що складається переважно з водню та гелію; частка гелію значно менша, ніж у Сонця^[61]. Маса планети у 95 разів перевищує масу Землі. Сатурн — єдина планета Сонячної системи, густина якої менша за густину води (приблизно на 30 %)^[62]. Хоча ядро Сатурна значно щільніше за воду, завдяки протяжній атмосфері середня густина планети становить 0,69 г/см^3[63]. Тому, хоча маси Юпітера та Сатурна відрізняються більше, ніж утричі, їхні екваторіальні діаметри відрізняються лише на 17 %^[64]. Разом із Юпітером, маса якого становить 318 мас Землі^[65], вони складають 92 % загальної маси всіх планет Сонячної системи^[66]. Прискорення вільного падіння на екваторі становить 10,44 м/с², що можна порівняти зі значеннями на Землі та Нептуні, але набагато менше, ніж на Юпітері^[7].

Об'єм Сатурна в 763 рази більше за об'єм Землі, а площа поверхні — у 84 рази більше за площу Землі^[63]. Середня температура Сатурна становить −180 °C^[35].

Він немає чіткої поверхні, хоча, імовірно, має тверде кам'яне або металеве ядро^[67]. Швидке обертання Сатурна навколо осі зумовлює форму еліпсоїда^[62]: його екваторіальний радіус (на рівні тиску 1 бар) більш як на 10 % перевищує полярний — 60 268 км проти 54 364 км^[63].

Середня відстань між Сатурном і Сонцем становить 9,58 а. о. (1430 млн км). При середній орбітальній швидкості 9,68 км/с^[63] Сатурну потрібно 10 759 земних днів (або близько 29,5 року^[38]), щоб завершити один оберт навколо Сонця. Відповідно, Сатурн зробив навколо Сонця лише 13 повних обертів відтоді, як Галілео Галілей уперше спостерігав його у телескоп у 1610 році. Як й у всіх планет Сонячної системи, орбіта Сатурна є не ідеальним колом, а еліпсом з ексцентриситетом 0,052. У перигелії Сатурн перебуває на відстані 1,354 млрд кілометрів (9 а. о.) від Сонця, а в афелії — на відстані 1,513 млрд км (10,1 а. о.)^[68].

Як і в Землі, вісь обертання Сатурна нахилена відносно екліптики. Через це Сатурн виглядає по-різному в різних точках своєї орбіти. Половину оберту Сатурн повернений до Сонця південним полюсом, а іншу половину — північним полюсом. Протягом повного оберту бувають моменти, коли можна повністю спостерігати кільця Сатурна, а іноді бачити лише їх край^[68].

Ймовірно, планети-гіганти формувалися з майже нульовими нахилами осей обертання, а після його формування деякий динамічний механізм нахилив Сатурн до його нинішнього нахилу 26,7° більше 4 млрд років тому під час пізньої планетарної міграції. Однак сучасні дослідження виявили що швидка приливна міграція Титана несумісна з цією гіпотезою, що зумовлює нове пояснення нинішнього нахилу Сатурна. Значна міграція Титана запобігла б будь-якому ранньому резонансу, зводячи нанівець попередні обмеження на пізню планетарну міграцію, встановлені нахилом Сатурна. Натомість існують припущення, що резонанс був встановлений близько 1 гігароку тому, що змусило нахил Сатурна збільшуватися від невеликого значення (можливо, менше 3°) до його поточного стану. Цей сценарій передбачає, що нормалізований полярний момент інерції Сатурна варіюється між 0,224 і 0,237. Результати сучасних досліджень розкривають нову парадигму еволюції Сатурна, Юпітера і, можливо, гігантських екзопланет, завдяки чому нахили безперервно еволюціонують у результаті міграції їхнього супутника^[69].

Зазвичай для визначення обертання планети навколо власної осі використовуються дані про обертання магнітного поля. Магнітне поле Сатурна не нахилене стосовно осі обертання, тому обчислення є складнішими^[70]. Коли вчені порівняли дані «Кассіні» з даними, зібраними на початку 1980-х років зондом «Вояджер», то виявили значну різницю у вимірюваннях швидкості обертання планети. За результатами вимірювання КА «Кассіні» 2004 року період обертання навколо власної осі становить 10 годин, 39 хвилин, 24 секунд (±36 секунд)^[71], що на 7 хвилин довше^[72] за 10 годин 39 хвилин 24 секунди, виміряні 28 років раніше «Вояджером»^[73]. Це суперечило наявним моделям, адже планети не змінюють свою швидкість всього за декілька років. Використовуючи детальні дані про температуру Сатурна та враховуючи вітри, дослідники розробили тривимірну комп'ютерну модель хвиль Сатурна, за допомогою якої вирахували, що день на планеті триває 10 годин 34 хвилини 13 секунд (на 5 хвилин менше, ніж вважалося раніше)^[74].

Через відсутність твердої поверхні на планеті немає гір, рівнин, кратерів та інших поверхневих утворень. Відповідно й посадка космічного апарата на поверхню планети неможлива^[75].

Попри те, що Сатурн складається здебільшого з водню та гелію, більша частина його маси не перебуває в газовій фазі, оскільки водень стає рідиною, коли його густина перевищує 0,01 г/см³. Температура, тиск і щільність всередині Сатурна постійно зростають з наближенням до ядра, через що водень, як передбачається, набуває металічний стан у глибших шарах^[66].

Вчені припускають, що надра Сатурна подібні до надр Юпітера: всередині розташоване велике кам'яне ядро, оточене воднем і гелієм, зі слідами різних летких речовин^[30]. Порівняно з Юпітером, значно більший відсоток маси Сатурна розташований поблизу його ядра, що може свідчити про значно більшу кількість речовин, щільніших за водень, поблизу центру планети. Центральні області Сатурна складаються приблизно на 50 % з водню за масою. Також, імовірно, в ядрі зосереджено суміш гірських порід і льоду масою близько 15–18 мас Землі^[76].

Вчені підрахували, що маса ядра повинна бути в 9—22 рази більша за масу Землі, що відповідає діаметру близько 25 000 км^[77]. Однак дослідження кілець Сатурна свідчать про набагато більш дифузне ядро ​​з масою, що дорівнює приблизно 17 земним, і радіусом, що дорівнює приблизно 60 % від усього радіуса Сатурна^[78]. Воно оточене товстішим шаром рідкого металічного водню, за яким слідує рідкий шар насиченого гелієм молекулярного водню, що поступово переходить у газ зі збільшенням висоти^[79]. Зовнішній шар охоплює близько 1000 км і складається з газу^[80].

Гарячі надра Сатурна мають температуру до 11 700 °C. Ядро планети випромінює в космос у 2,5 раза більше енергії, ніж отримує від Сонця, завдяки механізму Кельвіна — Гельмгольца^[81]. Джерелом цієї внутрішньої енергії може бути енергія, що виділяється внаслідок гравітаційної диференціації речовини, коли важчий гелій повільно занурюється в надра планети^[82].

За об'ємом атмосфера Сатурна, як і вся планета, складається переважно з водню (96,3% ± 2,4%) і гелію (3,25% ± 2,4%) з невеликим вмістом інших речовин, таких як метан (0,45%±0,2%), аміак, сульфур та ін^[83]. Частка вмісту елементів, важчих за гелій точно не відома, але припускається, що пропорції такі ж, як і при формуванні Сонячної системи. Повна маса цих важчих елементів оцінюється в 19—31 мас Землі, їх значна частина перебуває в ділянці ядра Сатурна^[84].

Також в атмосфері знайдено сліди ацетилену, етану, пропану, фосфіну та метану^[85][86]. Частка гелію в атмосфері Сатурна значно менша ніж на Сонці^[87]. Ультрафіолетове випромінювання Сонця викликає фотоліз метану у верхніх шарах атмосфери, що призводить до реакцій з утворенням вуглеводнів, які потім опускаються нижче завдяки дифузії. Цей фотохімічний цикл модулюється річним сезонним циклом Сатурна^[88].

Температура в атмосфері Сатурна поступово зростає з наближенням до ядра, однак у верхніх шарах зміни не є монотонними. На висоті 100 км нижче верхньої точки тропопаузи температура опускається до −250 °C. Ще на 170 км нижче температура становить −70 °C. На висоті 130 км нижче від тропопаузи температура досягає 0 °C^[89].

У верхніх шарах хмар на висоті 100 км нижче верхньої точки тропопаузи тиск становить 0,5—2 бар. Хмари водяного льоду починаються на рівні, де тиск становить приблизно 2,5 бара. Далі знаходиться шар хмар з гідросульфіду амонію(інші мови)^[90], що розташований у діапазоні тиску 3—6 бар. Найнижчі шари, де тиск становить від 10 до 20 барів, містять хмари з води та аміаку^[91].

В атмосфері є хмари, які виглядають як нечіткі смуги, струменеві потоки та шторми^[92]. Атмосфері Сатурна властивий такий самий патерн смуг, як і атмосфері Юпітера, однак на Сатурні ці смуги менш помітні й поблизу екватора значно ширші. Номенклатура для описання цих смуг така ж, як і для смуг Юпітера. Тонша структура хмарних смуг Сатурна не спостерігалась аж до прольоту «Вояджера» у 1980-х роках. Відтоді наземна телескопія покращилась настільки, що стали можливими постійні спостереження смуг^[93].

В атмосфері Сатурна є смуги хмар, але вони блідо-помаранчеві та бляклі. Цей колір пояснюється наявністю в атмосфері сульфуру^[94]. Верхні шари хмар складаються з кристалів аміаку, а нижчі шари складаються з гідросульфіду амонію або з води. Зі зниженням висоти гідроген повільно переходить у рідкий стан. У найнижчих шарах гелій також стає рідиною^[89].

Смуги на поверхні Сатурна — це смуги вітрів, що обертаються навколо планети^[95]. Сатурн має одні з найшвидших вітрів у Сонячній системі. Коли космічний корабель «Вояджер» наближався до Сатурна, він зафіксував вітри зі швидкістю 1800 км/год (500 м/с, або 1,5 Маха на Землі на рівні моря) на екваторі планети, які переважно мають східний напрям^[96]. Швидкість рівномірно спадає на вищих широтах. На широтах, що перевищують 35 °C, вітри змінюються зі східних на західні^[62].

Шестикутник Сатурна — це постійне велетенське утворення з хмар навколо Північного полюса Сатурна. Шестикутник був виявлений космічним апаратом «Вояджер» на початку 1980-х років. Наступні його фото були зроблені апаратом «Кассіні» через близько 30 років (через зимову темряву на Сатурні шестикутник не було видно роками^[97]). Інфрачервоні прилади «Кассіні» змогли виявити форму за допомогою теплових візерунків, а отримані зображення показали, що шестикутник майже нерухомий і простягається глибоко в атмосферу^[98].

Смугасті хмари, які утворюють шестикутник, рухаються зі швидкістю понад 360 км/год (100 м/с)^[99]. Його сторони завдовжки приблизно 13 800 км, що вдвічі більше, ніж радіус Землі^[100]. Шестикутник обертається з періодом 10 год 39 хв 24 с, з таким же періодом Сатурн випромінює радіосигнали зі своїх надр^[101].

Знімки Південного полюсу, зроблені телескопом Габбла, вказують на присутність струменевої течії, однак відсутність сильного полярного вихору чи якоїсь гексагональної стоячої хвилі^[102]. НАСА повідомило, що в листопаді 2006 року «Кассіні» спостерігав ураганоподібний шторм поблизу південного полюса, що мав чітко виражене око циклону^[103][104]. До цього часу око циклону не спостерігалось на жодних інших планетах, крім Землі (наприклад, Велика Червона Пляма Юпітера не має ока циклону)^[105].

Періодично на Сатурні утворюються шторми, які називають Великою білою плямою за аналогією до Великої червоної плями на Юпітері^[106].

З 1876 року на Сатурні спостерігали шість гігантських штормів, які повторювалися кожні два-три десятиліття і чергувалися між середніми широтами та екватором^[107]. У 2010—2011 роках був масштабний шторм, який отримав назву «Великий весняний шторм». Він обійшов весь шлях навколо планети^[108] та на короткий період навіть перевищив розмір Великої червоної плями Юпітера^[109].

Великі білі плями з'являються раз на 20–30 років, тривають декілька місяців і знову розчиняються в атмосфері, проте є дуже потужними. Причиною такої періодичної появи вважають те, що водяна пара важча за водень і гелій, які складають основну частину атмосфери планети. Тому коли кожен під час гігантських штормів повітря всередині хмар залишається легшим, ніж атмосфера під ними. Це на деякий час призупиняє процес конвекції, що створює нові хмари та шторми. Повітря має охолонути, щоб утворився новий шторм, а процес охолодження триває близько 30 років^[107].

Магнітне поле Сатурна є слабким та має просту структуру^[110]. Воно спрямоване у двох протилежних напрямках, через що неможливо побачити обертання планети^[111].

Хоча Сатурн генерує радіохвилі, вони недостатньо сильні для виявлення на Землі. Поки «Піонер-11» не досяг Сатурна в 1979 році, не було відомо, чи має Сатурн власне магнітне поле. У 1980 і 1981 роках «Вояджер-1» і «Вояджер-2» виявили, що магнітне поле Сатурна не схоже на магнітне поле інших планет. З тією точністю, яку можна було отримати на той час, вирахувано, що воно має майже нульовий нахил відносно осі обертання, а внутрішнє магнітне поле абсолютно осесиметричне^[110].

Найбільш імовірно, магнітне поле генерується як і на Юпітері — струмами рідкого метало-гідрогенного шару, що мають назву метал-гідрогенне динамо^[112]. Визначною особливістю є те, що вісь диполя збігається з віссю обертання планети на відміну від Землі, Меркурія та Юпітера. Його сила на екваторі — 0,2 гауса — приблизно одна двадцята від поля Юпітера, або ж вдвічі менше, ніж земне магнітне поле^[113]. У результаті магнітосфера Сатурна є значно меншою, ніж у Юпітера^[112]. Коли «Вояджер-2» входив у магнітосферу Сатурна, сонячний вітер створював великий тиск і магнітосфера простягалась лише на 19 радіусів Сатурна (1,1 млн км)^[114]. Через кілька годин вона розширилась і залишалась такою впродовж наступних 3 днів^[115].

Як і всі газові гіганти, Сатурн має протяжну магнітосферу, що простягається за орбіти його супутників. Її лінійний розмір становить приблизно одну п'яту магнітосфери Юпітера^[110], проте вона більше схожа на земну, ніж на магнітосферу Юпітера^[110]. Магнітосфера Сатурна створює полярні сяйва та потужне радіовипромінювання^[95]. «Вояджери» зафіксували ультрафіолетове випромінювання водню в атмосфері середніх широт і полярні сяйва на широтах вище 65°. Така активність може призвести до утворення складних вуглеводневих молекул. Полярні сяйва середніх широт, що відбуваються тільки на освітлених Сонцем ділянках, виникають з тих же причин, що і полярні сяйва на Землі. Різниця лише в тому, що на Землі це явище характерне тільки для високих широт^[116]. На відміну від Юпітера, але як і в Землі, глибоко в магнітосфері Сатурна немає джерела внутрішньої енергії та маси^[110].

Магнітосфера затримує частинки радіаційного поясу, які досягають рівнів, подібних земної магнітосфери. На внутрішньому краю радіаційні пояси закінчуються кільцями A, B і C Сатурна, які поглинають будь-які частинки, що зустрічаються з ними. Частинки радіаційного поясу також поглинаються, якщо вони стикаються з одним із супутників. Отже, існують локальні мінімуми в потоках енергетичних частинок на кожному із супутників^[110].

Система кілець Сатурна складається з семи офіційно названих кілець, які відрізняються за шириною, щільністю та іншими характеристиками. Основними є кільця A, B, C, D, поза ними лежать кільця E, F, G^[29][12].

Космічні зонди показали, що основні кільця складаються з великої кількості вузьких кілець^[62], які простягаються від 6630 до 120 700 км назовні від екватора Сатурна і мають середню товщину приблизно 20 м. Кільця складаються переважно з водяного льоду з невеликою кількістю домішок толіну та 7 % аморфного вуглецю^[117].

КА «Вояжер-1» передав зображення, на яких було видно радіально направлені оптичні неоднорідності, які є темними утвореннями часто клиноподібної форми, які перетинали деякі ділянки кільця В. Ці утворення згодом назвали «спицями». При підльоті до Сатурна космічного апарата, спиці були на 5-10% темніші від кільця, а після зближення з планетою вони стали світлішими; це приписується формі індикатриси розсіяння випромінювання, яка характерна дуже дрібним частинкам. Розмір спиць оцінюється у 2000—10 000 км. Спиці поділяють на три типи: широкі, вузькі та спиці-волокна^[38].

Під час обертання Сатурна навколо Сонця є періоди, коли можна спостерігати його кільця повною мірою, а іноді видно лише їхній край^[68]. Кільця ніби повертаються ребром, цей перетин площини відбувається приблизно кожні 15 років^[62].

Є дві основні гіпотези про походження кілець. Згідно з першою гіпотезою, вони є залишками знищеного супутника Сатурна. Друга стверджує, що кільця є залишками протопланетної хмари, з якої утворилися всі тіла Сонячної системи^[38]. Всередині межі Роша, де обертається більша частина кілець, утворення супутників неможливе через гравітаційний вплив планети, що руйнує всі значні тіла. Частинки кілець багаторазово зіштовхуються, руйнуються і зчіплюються знову^{[118][119][120][62]}. Вчені дійшли до висновку, про те, що кільця Сатурна були утворені порівняно нещодавно в історії Сонячної системи. Експерти, які працюють над даними, зібраними космічним апаратом НАСА «Кассіні», заявили, що згідно з останніми спостереженнями масивні кільця утворилися не одночасно з планетою, а не більше 400 мільйонів років тому. Також є припущення, що кільця Сатурна згодом зникнуть; дослідження показали, що вони поступово розпадаються^[29][121].

Станом на 8 червня 2023 року на орбіті Сатурна виявлено 146 супутників, ще для декількох очікується підтвердження відкриття та офіційного присвоєння імен Міжнародним астрономічним союзом^[75]. 63 з них мають офіційні назви^[122]. До 2000 року було відомо тільки 18 супутників^[123]. До 2020-х років вважалося, що Юпітер має більше супутників (станом на травень 2023 — 95) за Сатурн. Однак після відкриття 62 нових супутників Сатурна було з'ясовано, що Сатурн має найбільшу кількість природних супутників в Сонячній системі^[121].

З відомих супутників 24 є регулярними (рухаються відносно близько до планети під невеликим нахилом або ексцентриситетом у тому ж напрямку, що й основне тіло), а 122 — нерегулярними (рух відрізняється від загальних правил: з великим ексцентриситетом; у зворотному напрямку; з великим нахилом до екваторіальної площини основного тіла тощо)^[13]. Підраховано, що існує ще близько 150 зовнішніх нерегулярних супутників діаметром до 2,8 км^[124]. Крім того, є докази існування від десятків до сотень об'єктів діаметром 40–500 метрів у кільцях Сатурна, які не вважаються повноцінними супутниками^[125].

Сатурн має «правильну» систему супутників: вони мають майже кругові орбіти, які лежать в екваторіальній площині (винятки — Япет і Феба). Більшість супутників мають синхронне обертання (винятками є ​​Гіперіон, який має хаотичну орбіту, і Феба)^[62].

• Титан — найбільший супутник Сатурна і другий за розміром супутник Сонячної системи. Більший за планету Меркурій (діаметр Титана становить 5149,4 км^[126])^[14]. Подібно до земної, атмосфера Титана складається з азоту та малої частки метану. Середня температура на Титані становить -179°C. Титан — це єдиний супутник у Сонячній системі із чітко вираженою атмосферою, він також єдиний об'єкт Сонячної системи, крім Землі, де рідини перебувають у формі річок, озер і морів^[14][126].
• Рея — другий за розміром супутник Сатурна. Має уламковий диск і кільце, що обертаються навколо неї (перший випадок знайдених кілець навколо супутника). Також має дуже тонку атмосферу (екзосферу), насичену киснем і вуглекислим газом; це перший випадок фіксування молекул кисневої атмосфери, хоча й дуже тонкої, десь окрім Землі^[127].
• Япет — третій за розміром супутник Сатурна. Япет має значну відмінність альбедо півкуль: ведуча півкуля в десять разів темніша за ведену. Також це єдиний великий супутник, з якого можна добре побачити кільця Сатурна. Ще однією особливістю Япета є гірський хребет заввишки 10 км, що простягається вздовж екватора^[128].
• Діона — четвертий за розміром супутник Сатурна, діаметр якого становить 1123 км. Діона обертається навколо Сатурна раз за 2,7 земної доби на відстані 377 400 км, приблизно на такій же відстані від Землі до її супутника. Визначною особливістю Діони є сильно кратерована поверхня з кратерами до 100 км^[129]. Ймовірно, Діона має підповерхневий океан^[130].
• Тефія — п'ятий за розміром супутник Сатурна. Серед визначних рис — кратер Одіссея(інші мови), який займає 2/5 поверхні супутника, та каньйон Ітака, який простягається через усю планету від північного до південного полюса^[131].
• Енцелад — шостий за розміром супутник та геологічно найактивніший супутник Сатурна через гейзероподібні струмені, які викидають у космос водяну пару та частинки льоду. Енцелад містить більшість хімічних елементів, необхідних для життя, і, ймовірно, має гідротермальні джерела, які випускають гарячу, багату мінералами воду в океан. Він має білу поверхню, яка відбиває сонячні промені найкраще серед усіх планет та супутників у Сонячній системі^[132].
• Мімас — найменший і найближчий з головних супутників Сатурна, усіяний кратерами^[38]. Він недостатньо великий, щоб бути сферичним, тому він має частково яйцеподібну форму. Майже повністю складається з водяного льоду, єдиної речовини, коли-небудь виявленою на Мімасі. Супутник завжди повернений одним боком до Сатурна, так само як Місяць до Землі. Його найбільш визначна риса — величезний кратер Гершель, який простягається на третину сторони, повернутої до Сатурна^[133].
• Гіперіон — найбільший з нерегулярних несферичних супутників Сатурна. Найпомітнішою особливістю Гіперіона є його поверхня з глибокими кратерами. Гіперіон, Феба і Япет мають значні кратери, оскільки є найвіддаленішими супутниками Сатурна і зазнали дуже незначного приливного потепління, яке може розмити або стерти подібні особливості^[134].

• Феба — один з найбільш віддалених супутників Сатурна. На відміну від більшості великих супутників, що обертаються навколо Сатурна, Феба дуже темний і відбиває лише 6 відсотків сонячного світла, яке отримує. Через цю темряву та нерегулярну ретроградну орбіту припускають, що Феба є захопленим об'єктом. Темрява Феби, зокрема, свідчить про те, що супутник походить із зовнішньої частини Сонячної системи, області, де є багато темних речовин. Є припущення, що Феба належить до кентаврів — об'єктів, що належали до пояса Койпера, але з часом змістились у внутрішню частину Сонячної системи^[135].

У римській міфології Сатурн був богом хліборобства, рільництва та часу, а також батьком Юпітера^[136][8]. Сатурна ототожнювали з грецьким богом Кроносом. Кронос був богом сівби та жнив, початку та кінця. Пізніше, в еліністичний період, ототожнювався з богом часу Хроносом^[137]. В Карфагені головного бога пантеона Баала Хаммона(інші мови) вважали «африканським Сатурном»^[138]. В шумеро-аккадській міфології планету асоціювали з богом щасливої війни та полювання Нініб^[139][140]. В етруських віруваннях Сатурн отожнюється з богом Сатре^[141]. Індуїстське божество Шані є персоніфікацією Сатурна^[142].

В астрології Сатурн асоціюється з цілеспрямованістю, точністю, шляхетністю, етикою, ввічливістю, високими цілями, кар'єрою, великими досягненнями, відданістю, авторитетністю, стабільністю, чеснотами, продуктивністю, долею, захистом, рівновагою і кармою, але водночас і з песимізмом, труднощами та фаталізмом^[143].

Найдавніше зображення Сатурна в художній літературі зустрічається у філософській повісті Вольтера «Мікромегас» (1752). У ній на Землю прилітають дві істоти: одна з Сатурна, та друга з планети, що обертається навколо Сіріуса. Двоє інопланетян відправляються з Сатурна в пошуках знань, відвідуючи кільця Сатурна, його супутники, супутники Юпітера, сам Юпітер, Марс, і зрештою прибувають на Землю^[144].

У романі Гамфрі Деві «Втішні подорожі» (1830)^[145] далекий мандрівник описує Сатурн і його гігантських мешканців^[146]. Сатурн є однією із зупинок у подорожі на повітряній кулі, що описана в романі Бенджаміна Ф. Філда «Розповідь про подорожі та пригоди Пола Аермонта серед планет» (1873)^[147]. У творі Джона Джейкоба Астора «Подорож до інших світів: Роман майбутнього» (1894)^[148] Сатурн — це домівка духів^[149]. У романі Сайруса Коула «Аврорафон» (1890) жителі Сатурна зіткнулися з повстанням роботів^[150], а в романі Леббеуса Х. Роджерса «Довіра повітряного змія» (1900)^[151] вони побудували єгипетські піраміди.

Жителі Сатурна зазвичай зображуються більш розвиненими, ніж люди Землі, зокрема в романі 1886 року «Роман двох світів»^[152] Марі Кореллі^[153]. Їх час від часу зображують войовничими, але іноді доброзичливими, наприклад, в оповіданні «Падіння Меркурія» (1935) Леслі Ф. Стоуна, де вони допомагають людству у війні проти Меркурія^[154], і в оповіданні «Люди без тіні» (1933) Стентона А. Кобленца, де вони приходять на Землю як завойовники, щоб перетворити її на утопію^[153]. В інших творах вони злі й жорстокі, наприклад, в оповіданні Кліфтона Б. Круза «Загроза від Сатурна» (1935) та його продовженні «Барабани» (1936)^[153].

Винятками із загальної тенденції є роман 1886 року «Алеріель, або Подорож до інших світів» В. С. Лах-Шірми, де в екосфері планети домінують гриби та безхребетні^[155], і роман 1901 року «Медовий місяць у космосі» Джорджа Ґріффіса, де вона населена морськими водоростями, рептиліями та примітивними гуманоїдами^[156].

Після того, як було встановлено, що Сатурн є газовим гігантом, випадки зображення подібного життя на ньому значно зменшилися. Натомість почали більше розглядатися атмосфера і кільця Сатурна^[153].

• Кільця Сатурна відіграють ключову роль у повісті Айзека Азімова «Марсіанський шлях» (1952)^[157] як джерело льоду для Марса. В іншому його романі «Фундація та Земля» (1986)^[158] кільця Сатурна підтверджують ідентифікацію давно втраченої Сонячної системи^[146].
• У повісті Джона Варлі «Рівнодення» (1977) релігійний культ залучений у тому, щоб пофарбувати одне з кілець Сатурна в червоний колір^[146].
• У романі Сеселії Голланд «Летючі світи» (1976)^[159] міста ширяють над Сатурном і Ураном^[160]. Люди живуть у цих містах в атмосфері Сатурна. Подібне зображено і в романі «Хмари Сатурна» (1991) Майкла Макколлума^[161].
• Подорож в атмосферу зображено в оповіданні Роджера Желязни «Пісня страху» (1985)^[155].
• У романі Роберта Л. Форварда «Рукх Сатурна» (1997)^[162] зображено інопланетян, які живуть в атмосфері^[163].
• Роман Пола Макоулі «Сади Сатурна» (2001) зображує майбутнє, де багато менших супутників Сатурна населені, Титан тераформується, а генний інженер намагається перетворити Епіметей на живий організм^[164].

• Сатурн відвідують люди у фільмі «Бамбукова летюча тарілка» (1968). Події розгортаються в Китаї, на територію якого падає НЛО. Люди, що знаходять його, відправляються в коротку екскурсію по Сонячній системі, включаючи візит до Сатурна, а потім повертаються на Землю^[165].
• Сатурн служить місцем призначення природного заповідника, що містить залишки рослинного життя постапокаліптичної Землі у фільмі 1972 року «Мовчазна втеча»^[166].
• «Людина, що тане» (1977). Під час космічного польоту на Сатурн троє астронавтів піддаються впливу радіації, внаслідок чого двоє з них гинуть, а третій, полковник Стів Вест, серйозно поранений. Повернувшись у лікарню на Землі, Вест прокидається і з жахом виявляє, що його тіло тане^[167].
• У фільмі «Дізнання пілота Піркса» (1978) розповідається про політ космічного корабля «Голіаф» зі змішаним екіпажем з людей і роботів-андроїдів до кілець Сатурна. Через примітивні спецефекти кільця Сатурна в фільмі показано неправдоподібно: як нерухомі, суцільні, величезні крижані брили, причому непомірно товсті^[168] — на відміну від реальних кілець, набагато тонших, що складаються з метеоритного пилу та часточок льоду та обертаються навколо планети з величезною швидкістю^[169].
• Події фільму «Інтерстеллар» (2014) починаються в недалекому майбутньому, коли Земля вже не в змозі підтримувати людство. У Сонячній системі вчені виявили кротовину біля Сатурна, та єдиний шанс людства на виживання — пройти через неї та колонізувати нові світи в іншій галактиці^[170].

Планету також представлено ​​в кількох коміксах.

• Герой DC Джемм із Сатурна, і Кронани з коміксів Marvel про Тора мають на ньому базу^[153].
• Сатурн з'являється як головна локація в іграх Jovian Chronicles, Transhuman Space та Eclipse Phase, а також у відеоіграх System Shock і Dead Space 2^[171].
• Супутнику Сатурна Титану присвячена комп'ютерна гра в жанрі симулятора містобудування під назвою Industries of Titan^[en][172].

Сатурн — найдальша з п'яти планет, які легко побачити неозброєним оком із Землі, після Меркурія, Венери, Марса і Юпітера. Середнє значення видимої зоряної величини Сатурна становить 0,46. Найяскравіша зоряна величина спостерігається при максимальному нахилі кілець, найменша — коли кільця повертаються майже ребром при спостереженні із Землі^[173]. Зникнення кілець при спостереженні із Землі відбувається кожні 15 років, це явище можна буде спостерігати у березні 2025 року^[174]. Сатурн можна чітко спостерігати через телескоп з 30-кратним збільшенням^[175].

Щороку — близько 378 днів — відбувається протистояння Сатурна, що дозволяє планеті виглядати найяскравішим чином^[176]. Завдяки ефекту Зелігера, при спостереженні Сатурна у телескоп до або після протистояння, кільця виглядають приблизно такими ж яскравими, як планета. Однак протягом кількох днів, приблизно під час протистояння, кільця раптово посилюються у видимій яскравості, затьмарюючи планету, перш ніж знову потьмяніти до звичайного вигляду^[177].

• Відьмаченко, А.П.; Мороженко, О.В. (2012). Дослідження поверхні супутників і кілець планет-гігантів. Київ. с. 255. ISBN 978-966-02-6520-2.

• Alexander, Arthur Francis O'Donel (1980) [1962]. The Planet Saturn – A History of Observation, Theory and Discovery (англ.). Dover. ISBN 978-0-486-23927-9.
• Gore, Rick (July 1981). Voyager 1 at Saturn: Riddles of the Rings. National Geographic (англ.). Т. 160, № 1. с. 3—31. ISSN 0027-9358. OCLC 643483454.
• Lovett, L. та ін. (2006). Saturn: A New View (англ.). Harry N. Abrams. ISBN 978-0-8109-3090-2.
• Karttunen, H. та ін. (2007). Fundamental Astronomy (англ.) (вид. 5th). Springer. ISBN 978-3-540-34143-7.
• Seidelmann, P. Kenneth та ін. (2007). Report of the IAU/IAG Working Group on cartographic coordinates and rotational elements: 2006. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy (англ.). 98 (3): 155—180. Bibcode:2007CeMDA..98..155S. doi:10.1007/s10569-007-9072-y.
• de Pater, Imke; Lissauer, Jack J. (2015). Planetary Sciences (англ.) (вид. 2nd updated). Cambridge University Press. с. 250. ISBN 978-0-521-85371-2.

• (укр.)  Сюжет про Сатурн на YouTube // Науково-популярний серіал «Всі на орбіту!».
• (англ.) Saturn The Cassini-Huygens mission — дослідження Сатурна місією Кассіні — Гюйгенс.

• (англ.) Saturn overview — сторінка про Сатурн на сайті NASA Science Mission Directorate.
• (англ.) Saturn fact sheet — факти про Сатурн на сайті NASA Space Science Data Coordinated Archive.

Ця сторінка належить до добрих статей української Вікіпедії.