Saturn este a șasea planetă de la Soare și a doua ca mărime din Sistemul Solar, după Jupiter. Fiind al doilea obiect nonstelar ca mărime din Sistemul Solar, după Jupiter, este aproape de 95 de ori mai masiv decât Pământul și are de 700 de ori volumul acestuia. Este un gigant gazos cu o rază medie de aproximativ nouă ori mai mare decât cea a Pământului. Deși densitatea sa este de doar o optime din densitatea medie a Pământului, datorită volumului său mare, masa lui Saturn este de 95 de ori mai mare decât cea a Pământului. Numele derivă de la zeul omonim al mitologiei romane, omologul titanul Cronos, din mitologia greacă; simbolul său astronomic (♄) este o reprezentare stilizată a secerei zeului agriculturii.
Interiorul lui Saturn este cel mai probabil compus dintr-un nucleu de fier–nichel și rocă (compuși de siliciu și oxigen). Nucleul este înconjurat de un strat de hidrogen metalic, un strat intermediar de hidrogen lichid și heliu lichid și, în cele din urmă, un strat exterior gazos. Saturn are o nuanță galben pal datorită cristalelor de amoniac din atmosfera sa superioară. Se crede că un curent electric din stratul de hidrogen metalic dă naștere câmpului magnetic planetar al lui Saturn, care este mai slab decât al Pământului, dar are un moment magnetic de 580 de ori mai mare decât al Pământului datorită dimensiunii mai mari a lui Saturn. Puterea câmpului magnetic al lui Saturn este în jur de o douăzecime din cea a lui Jupiter. Atmosfera exterioară este în general calmă deși pot persista tipare prelungite de furtuni. Pe Saturn suflă vânturi de aproximativ 1.800 km/h, mai puternice decât pe Jupiter dar nu la fel de mare ca cele de pe Neptun. Pe baza studiilor asupra inelului C al planetei, în ianuarie 2019 s-a stabilit că o zi pe planeta Saturn are .
Cea mai faimoasă trăsătură a planetei este sistemul său inelar proeminent, care este compus în mare parte din particule de gheață, cu o cantitate mai mică de resturi stâncoase și praf. S-a confirmat descoperirea a 83 de sateliți care orbitează planeta, dintre care 53 au nume oficiale. Titan, cel mai mare satelit a lui Saturn și al doilea ca mărime din Sistemul Solar, este mai mare decât planeta Mercur, deși mai puțin masiv și este singurul satelit din Sistemul Solar care are o atmosferă substanțială.
Văzut de pe Pământ, Saturn pare a fi o stea strălucitoare pe cer, ușor vizibilă cu ochiul liber. Abia după inventarea telescopului, însă, i-au fost descoperite inelele și sateliții. Deși calitatea instrumentelor de observare a evoluat, trimiterea sondelor spațiale a dezvăluit detalii fără precedent. Sondele Pioneer 11, Voyager 1 și Voyager 2 au trecut aproape de Saturn, dar complexitatea descoperirilor lor a motivat trimiterea unui orbitator, Cassini, care a trimis sonda Huygens pe suprafața lui Titan.
Caracteristici fizice
Saturn este un gigant gazos, deoarece este compus în principal din hidrogen și heliu. Îi lipsește o suprafață definită, deși poate avea un nucleu solid. Saturn este aplatizat la poli și bombat la ecuator din cauza densității sale reduse, a rotației rapide și a stării fluide a materialului său. Razele sale ecuatoriale și polare diferă cu aproape 10 %: 60.268 km față de 54.364 km. Jupiter, Uranus și Neptun, celelalte planete gigant din Sistemul Solar, au de asemenea o formă aplatizată la poli și bombată la ecuator, dar într-o măsură mai mică.
Saturn este singura planetă a Sistemului Solar care este mai puțin densă decât apa — cu aproximativ 30 % mai puțin. Deși nucleul lui Saturn este considerabil mai dens decât apa, densitatea medie specifică a planetei este de 0,69 g/cm3 datorită atmosferei. Jupiter are de 318 ori masa Pământului, iar Saturn are de 95 de ori masa Pământului. Împreună, Jupiter și Saturn dețin 92 % din masa planetară totală din Sistemul Solar.
Structura internă
Modelele planetare standard sugerează că interiorul lui Saturn este similar cu cel al lui Jupiter, având un mic nucleu stâncos înconjurat de hidrogen și heliu, cu urme de diferite substanțe volatile. Temperatura, presiunea și densitatea din interiorul planetei cresc în mod constant pe măsură ce se deplasează spre nucleu, ceea ce face ca hidrogenul să fie metal în straturile mai profunde.
Nucleul are o compoziție similară cu a Pământului, dar este mai dens. În 2004, oamenii de știință au estimat că nucleul trebuie să fie de 9-22 ori masa Pământului, ceea ce corespunde unui diametru de aproximativ 25.000 km. În nucleu, se ating temperaturi de aproape 12.000 °C și o presiune de 10 milioane de atmosfere. Nucleul este înconjurat de un strat gros de hidrogen metalic lichid, urmat de un strat lichid de hidrogen molecular și heliu care se transformă în gaz pe măsură ce altitudinea crește. Stratul cel mai exterior se întinde pe 1.000 km și este format dintr-o atmosferă gazoasă.
Saturn, ca și Jupiter, radiază în spațiu de 2,5 ori mai multă energie decât primește de la Soare. Doar o parte din această energie poate fi atribuită mecanismului Kelvin-Helmholtz; un mecanism suplimentar care ar explica căldura generată este acela al unei „ploi” de picături de heliu adânc în interiorul lui Saturn. Pe măsură ce picăturile coboară prin hidrogenul cu densitate mai mică, procesul eliberează căldură prin frecare și lasă straturile exterioare ale lui Saturn sărace în heliu.
Atmosfera
Atmosfera exterioară a lui Saturn conține 96,3 % hidrogen molecular și 3,25 % heliu. Proporția de heliu este semnificativ deficitară în comparație cu abundența acestui element în Soare. Cantitatea de elemente mai grele decât heliul (metalicitatea) nu este cunoscută cu precizie, dar se presupune că proporțiile corespund abundențelor primordiale de la formarea Sistemului Solar. Se estimează că masa totală a acestor elemente mai grele este de 19-31 de ori mai mare decât masa Pământului, cu o fracțiune semnificativă situată în regiunea nucleului planetar.
Urme de amoniac, acetilenă, etan, propan, fosfină și metan au fost detectate în atmosfera lui Saturn. Norii superiori sunt compuși din cristale de amoniac, care îi conferă aspectul tipic gălbui, în timp ce norii de nivel inferior par să fie compuși din hidrosulfură de amoniu (NH4SH) sau apă. Radiațiile ultraviolete de la Soare determină fotoliza metanului în atmosfera superioară, ducând la o serie de reacții chimice ale hidrocarburilor, produsele rezultate fiind transportate în jos de vârtejuri atmosferice. Acest ciclu fotochimic este modulat de ciclul sezonier anual al lui Saturn.
Straturi de nori
Atmosfera lui Saturn prezintă un model cu benzi similar cu cel al lui Jupiter, dar benzile lui Saturn sunt mult mai slabe și sunt mult mai late în apropierea ecuatorului. Formațiile atmosferice (pete, nori) sunt atât de slabe încât nu au fost niciodată observate înainte de sosirea sondelor Voyager în anii 1980. De atunci, telescoapele de pe sol și pe orbită s-au îmbunătățit până la punctul în care pot efectua observații regulate ale caracteristicilor atmosferice ale lui Saturn.
Compoziția norilor variază în funcție de altitudine. În straturile superioare de nori, unde temperatura este cuprinsă între 100-160 K și presiunea se extinde între 0,5-2 bari, norii constau din amoniac înghețat. Norii de gheață de apă încep la un nivel în care presiunea este cuprinsă între 2,5-9,5 bari iar temperatura variază între 185-270 K. Mai jos este un strat de hidrosulfură de amoniu înghețat, la presiuni cuprinse între 3-6 bari și temperaturi între 290 și 235 K. În cele din urmă, în straturile inferioare, unde presiunile sunt de aproximativ 10-20 bari și temperaturi de 270-330 K, există o zonă compusă din picături de apă amestecate cu amoniac în soluție apoasă.
Atmosfera de obicei blandă a lui Saturn prezintă ocazional structuri ovale de lungă durată, similare cu cele găsite pe Jupiter. În 1990, Telescopul spațial Hubble a observat un enorm nor alb lângă ecuatorul lui Saturn, care nu a fost prezent în timpul întâlnirilor cu Voyager, iar în 1994 a fost observată o altă furtună mai mică. Furtuna din 1990 a fost un exemplu de Mare Pată Albă, un fenomen unic, dar de scurtă durată, care are loc o dată la fiecare an saturnian, aproximativ la fiecare 30 de ani tereștri, în jurul solstițiului de vară al emisferei nordice. Marile Pete Albe anterioare au fost observate în 1876, 1903, 1933 și 1960, furtuna din 1933 fiind cea mai faimoasă. Dacă periodicitatea se menține, o altă furtună va avea loc în jurul anului 2020.
Vânturile de pe Saturn sunt extrem de rapide. Datele Voyager indică vânturi de est de 500 m/s (1.800 km/h). În imaginile de pe nava spațială Cassini din 2007, emisfera nordică a lui Saturn a afișat o nuanță albastră strălucitoare, similară cu Uranus. Culoarea a fost cel mai probabil cauzată de împrăștierea Rayleigh. Termografia a arătat că polul sud al lui Saturn are un vortex polar cald, singurul exemplu cunoscut al unui astfel de fenomen în Sistemul Solar. În timp ce temperaturile de pe Saturn sunt în mod normal de −185 °C, temperaturile din vortex ajung adesea până la -122 °C, făcându-l cel mai cald loc din atmosfera vizibilă a lui Saturn.
Hexagonul lui Saturn
În anii 1980, cele două sonde ale programului Voyager au fotografiat o structură hexagonală prezentă în apropierea polului nord al planetei, la latitudine 78 °N, structură care a fost ulterior observată și de sonda Cassini. Laturile hexagonului au fiecare o lungime de aproximativ 13.800 km, mai mult decât diametrul Pământului. Întreaga structură se rotește cu o perioadă de (aceeași perioadă ca cea a emisiilor radio ale planetei) care se presupune că este egală cu perioada de rotație a interiorului lui Saturn. Structura hexagonală nu se schimbă în longitudine ca ceilalți nori din atmosfera vizibilă.
Cauza acestei structuri este supusă speculațiilor. Majoritatea astronomilor consideră că este un fel de undă staționară în atmosferă; cu toate acestea, hexagonul poate fi legat de fenomenul aurorei. Forme poligonale au fost reproduse în laborator prin rotația diferențială a fluidelor. Bizarre geometric shapes that appear at the center of swirling vortices in planetary atmospheres might be explained by a simple experiment with a bucket of water but correlating this to Saturn's pattern is by no means certain. Laboratory experiment of spinning disks in a liquid solution forms vortices around a stable hexagonal pattern similar to that of Saturn's.
Ciclonul de la Polul Sud Între 1997 și 2002, Telescopul spațial Hubble a observat prezența unui curent-jet în apropierea polului sud, dar nici o structură comparabilă cu hexagonul polului nord. În noiembrie 2006, NASA a raportat că un uragan centrat în polul sud, cu un ochi bine definit al ciclonului, a fost observat folosind imagini de la nava spațială Cassini. Descoperirea a avut o importanță considerabilă, deoarece ciclonii cu așa-numitul „ochi” nu au fost niciodată observați în Sistemul Solar în afara Pământului, chiar și atunci când sonda Galileo a observat îndeaproape Marea Pată Roșie a lui Jupiter.
Este posibil ca ciclonul de la polul sud să existe de miliarde de ani. Are aproximativ dimensiunea Pământului și în interiorul ciclonului vânturile suflă cu 550 km/h.
Magnetosferă
Existența magnetosferei lui Saturn a fost constatată de sonda Pioneer 11 în 1979. Are o formă simplă simetrică, intensitatea sa la ecuator este 0,2 gauss (20 µT), aproximativ o douăzecime din forța câmpului magnetic al lui Jupiter și chiar puțin mai slabă decât câmpul magnetic al Pământului. Când Voyager 2 a intrat în magnetosferă, intensitatea vântului solar a fost ridicată și magnetosfera s-a extins doar la 19 raze saturniene, adică 1,1 milioane de kilometri, deși în câteva ore s-a mărit și a rămas așa timp de aproximativ trei zile.