A Szaturnusz a hatodik bolygó a Naptól számítva, a második legnagyobb a Naprendszerben a Jupiter után. Egyike annak az öt bolygónak, amelyik a Földről szabad szemmel is látható. A Szaturnusznak látványos, jégből és törmelékekből álló gyűrűrendszere van. Szaturnuszról, a római istenről nevezték el. Jele az isten sarlójának stilizált képe (Unicode: ♄).
A Szaturnusz belső magja valószínűleg vas-nikkel összetételű, a magot fémes hidrogén veszi körül, ezután egy közbülső réteg következik, amit folyékony hidrogén és folyékony hélium alkot, és végül a bolygó külső takarója gázokból áll. A Szaturnusz légkörének halvány-sárgás színezete van, ezt a benne található ammóniakristályok okozzák.
A fémes hidrogénrétegben elektromos áramok folynak, ez kelti a bolygó körüli mágneses mezőt, ami gyengébb, mint a Föld esetében, de mágneses momentuma 580-szor erősebb, a Szaturnusz nagyobb mérete miatt. A Szaturnusz mágneses mezőjének térerőssége egy huszada a Jupiterének.
A külső légkör általában nélkülözi a kontrasztokat, de hosszabb ideig is fennmaradó alakzatok időnként megjelenhetnek rajta. A szélsebesség elérheti az 1800 km/h-t (ez több, mint a Jupiter esetében, de nem olyan nagy értékű, mint a Neptunuszon).
A Szaturnusz legismertebb jellegzetessége a gyűrűrendszere, amit nagyrészt jégkristály, kisebb mértékben sziklatörmelék és kozmikus por alkot. Legalább 82 holdja ismert, ezek közül 53 van hivatalosan elnevezve.
A Titán, a Szaturnusz 82 holdja (2019-es adat) közül a legnagyobb (a második legnagyobb hold a Naprendszerben) nagyobb, mint a Merkúr bolygó, bár tömege kisebb. Ez az egyetlen olyan hold a Naprendszerben, aminek jelentős légköre van.
Fizikai tulajdonságok bal|bélyegkép|A Szaturnusz légköri sávjai
A Szaturnusz lapított gömb alakú. Az egyenlítői és sarki átmérő majdnem 10%-kal különbözik (, illetve ). Ez a nagy sebességű forgás eredménye. A többi gázbolygó szintén lapított, de kisebb mértékben. A Szaturnusz a Naprendszer egyetlen bolygója, melynek sűrűsége kisebb a víznél. Bár a Szaturnusz magja sokkal sűrűbb, mint a víz, az átlagos sűrűsége a gáznemű légkör miatt 0,69 g/cm³. Mágneses tengelye szinte egybeesik a forgástengelyével, ami ellentmond a bolygók mágneses tere kialakulásának, így ez az elmélet módosításra szorul.
Forgástengelye 27°-kal tér el az ekliptikára merőleges egyenestől. Az eltérést a bolygó körül keringő holdak okozzák. Az eltérés a következő pár milliárd évben még tovább fog növekedni. A tengelyferdeség fő oka a legnagyobb hold, a Titán. A holdak egyre távolodnak az anyabolygójuktól, és ez hozzájárul a bolygó tengelyferdeségének kialakulásához, illetve annak növekedéséhez. A ferdeség kialakulásának kezdete mindössze 1 milliárd évvel ezelőttre tehető. A ferdeséghez a Neptunusz bolygó is hozzájárul. A tanulmány készítő két tudós egyike a Párizsi Obszervatóriumban (PSL/CNRS) dolgozik, a másikuk a Sorbonne Egyetemen. A kutatást az Institute of Celestial Mechanics and Ephemeris Calculation intézetben végezték, ami a Párizsi Obszervatórium egyik részlege. A tanulmány 2021. január 18-án a Nature Astronomy szakfolyóiratban jelent meg.Saturn's tilt caused by its moons, researchers say - 2021-01-21
A Szaturnusz belső szerkezete hasonlít a Jupiterhez, egy sziklás mag a központban, felette egy folyékony fémes hidrogénréteg, kívül pedig egy molekuláris hidrogénréteg. A Szaturnusz belsejének hőmérséklete a magnál eléri a , és emiatt a bolygó több energiát sugároz vissza az űrbe, mint amennyit a Naptól kap. Az energiakülönbség legnagyobb részét a Kelvin-Helmholtz folyamat (lassú gravitációs kompresszió) hozza létre, de ez egyedül nem lehet elegendő, hogy megmagyarázza a Szaturnusz teljes hőtermelését. Egy másik elmélet feltételezi, hogy a bolygó belsejében a folyékony hidrogénben lassan lesüllyedő hélium hőenergiát szabadít fel.
A Szaturnusz hőmérséklete -140 és -180 Celsius fok között váltakozik.
A Szaturnusz légköre a Jupiterhez hasonló sávos felépítésű, de a Szaturnusz sávjai sokkal halványabbak és sokkal szélesebbek az egyenlítő közelében. A Szaturnusz szelei a Naprendszerben a leggyorsabbak közé tartoznak. A Voyager adatok szerint elérhetik az 1800 km/h-t.Voyager Saturn Science Summary A Szaturnusz halványabb felhőmintázatát a Voyager küldetésekig nem láthattuk. Azóta a földi teleszkópok már annyit fejlődtek, hogy rendszeres megfigyeléseket végezhetnek.
A Szaturnusz általában nyugodt légköre néha hosszú életű oválisokat és más jellemzőket mutat. 1990-ben a Hubble űrtávcső egy óriási fehér felhőt figyelt meg az egyenlítő közelében, amely a Voyager megközelítések idején még nem volt meg. Az 1990-es vihar ún. Nagy Fehér Folt volt, egy egyedülálló, de rövid életű jelenség, durván 30 éves periódussal. Nagy Fehér Foltokat korábban 1876-ban, 1903-ban, 1933-ban, és 1960-ban figyeltek meg. A periódust követve egy másik vihar 2020 körül fog kialakulni.Patrick Moore, ed., 1993 Yearbook of Astronomy, (London: W.W. Norton & Company, 1992), Mark Kidger, "The 1990 Great White Spot of Saturn", pp. 176-215.
Az északi póluson egy mintegy széles, közel szabályos hatszög alakú légköri képződmény található, amit még az 1980-as években figyeltek meg először. Jellegzetességét közel szabályos alakja és az adja, hogy együtt forog a bolygóval. Peremén futóáramlás figyelhető meg. Belsejében sötétebb a légkör. Kiterjedése és kialakulása pontosan még nem ismert.Új kép a Naprendszer legfurcsább alakzatáról
Gyűrűk bélyegkép|balra|A Szaturnusz gyűrűi a Cassini űrszonda felvételén
A Szaturnusz főleg a gyűrűrendszeréről ismert, amely az egyik leglátványosabb objektum a Naprendszerben. A főbb gyűrűk nevei: D, C, B, A, F, G és E (a bolygótól való távolság függvényében).Spying Saturn’s moonlets 2016-02-08
Történet A gyűrűket először Galileo Galilei figyelte meg távcsövével 1610-ben, de nem tudta azonosítani őket. Azt írta, "a bolygó nincs egyedül, hanem három részből áll, amelyek majdnem érintik egymást és soha nem mozdulnak el egymáshoz képest". 1612-ben a gyűrűk síkja közvetlenül a Föld felé irányult és a gyűrűk látszólag eltűntek, majd 1613-ban újra megjelentek.Historical Background of Saturn's Rings Historical Background of Saturn's Rings]
1655-ben Christiaan Huygens volt az első, aki felvetette, hogy a Szaturnuszt egy gyűrű veszi körbe. Egy, a Galiliénál fejlettebb távcsövet használva Huygens megfigyelte a Szaturnuszt, és azt írta: "a Szaturnuszt egy vékony, széles gyűrű veszi körbe, amely sehol nem érinti".
1675-ben Giovanni Domenico Cassini megállapította, hogy a Szaturnusz gyűrűjét valójában több kisebb gyűrű és a köztük lévő rések alkotják; a legnagyobb ilyen rést később Cassini-résnek nevezték el.
1859-ben James Clerk Maxwell bebizonyította, hogy a gyűrűk nem lehetnek egy tömbből, és felvetette, hogy apró részecskéből állnak, melyek egymástól függetlenül keringenek a bolygó körül.James Clerk Maxwell on the nature of Saturn's rings Maxwell elméletét 1895-ben bizonyították be a gyűrűkről végzett spektroszkópos megfigyelésekkel, amelyeket James Keeler végzett a Lick Obszervatóriumban.
Fizikai tulajdonságok A gyűrűket már kisebb távcsővel is meg lehet figyelni. 6630 és magasságban találhatók a Szaturnusz egyenlítője fölött. Vastagságuk mindössze 10 m körüli, helyenként azonban 4 km-es magasságot elérő hullámok találhatók benne.http://spaceflightnow.com/news/n0909/21saturn/ Cassini finds new ring quirks during Saturn equinox - NASA/JPL NEWS RELEASE Posted: September 21, 2009 Főleg kőzetekből, vas-oxidból és jégrészecskékből állnak, melyek mérete a porszemtől a kisebb személygépkocsiig terjed.
Két fő elmélet létezik a Szaturnusz-gyűrűk eredetének magyarázatára. Az egyik elmélet, amelyet eredetileg a 19. században Édouard Roche javasolt az, hogy a gyűrűk egyszer a Szaturnusz egyik holdját alkották, melynek pályamagassága annyira lecsökkent, hogy a bolygó közelében az árapályerők miatt széthullott (lásd Roche-határ). Ennek az elméletnek egy változata, hogy a hold egy nagy üstökössel vagy aszteroidával való ütközés miatt hullott szét. A második elmélet szerint a gyűrűk soha nem képezték egy hold részét, hanem az eredeti csillagközi anyagból maradtak meg, amelyből a Szaturnusz kialakult. Ezt az elméletet széles körben ma már nem fogadják el, mióta a gyűrűkről úgy tudják, néhány millió éves időszakon túl instabilak, tehát viszonylag új eredetűek lehetnek.
Míg a legnagyobb gyűrűrések, mint például a Cassini-rés vagy az Encke-rés, a Földről is megfigyelhetők, a Voyager szondák felfedezték, hogy a gyűrűket több ezer kisebb gyűrű és vékony rések bonyolult szerkezete alkotja. Ez a szerkezet a Szaturnusz-holdak gravitációs vonzásából származik.
A Cassini űrszonda adatai azt mutatják, hogy a Szaturnusz gyűrűi saját légkörrel rendelkeznek. A légkör molekuláris oxigénből () áll, ami a Napból érkező ultraibolya fény és a gyűrűkben lévő vízjég kölcsönhatásából jön létre.
Küllők bélyegkép|jobbra|Küllők a B-gyűrűben
1980-ig a Szaturnusz gyűrűinek szerkezetét kizárólag a gravitációs erők hatásaként magyarázták. A Voyager szondák sugaras alakzatokat találtak a B-gyűrűben, melyeket küllőknek hívunk, és amelyeket ezzel a módszerrel nem magyarázhattak meg. A küllők sötétnek tűnnek a gyűrűk fényesebb része mellett. Feltételezik, hogy elektromágneses kölcsönhatásokhoz kapcsolódnak, mivel a Szaturnusz magnetoszférájával majdnem egyidejűleg keringenek. Mindazonáltal a küllők kialakulásának folyamata egyelőre ismeretlen.
Huszonöt évvel később a Cassini űrszonda megint megfigyelte a küllőket. Úgy tűnik, idényjellegű jelenségek, akkor jelennek meg, mikor a Szaturnusz napéjegyenlőséghez közelít. A Cassini megérkezésekor a küllők nem voltak láthatóak. Néhány tudós az addigi modellek alapján, 2007-re jósolta meg a küllők megjelenését. A Cassini képkezelő csapata ezért állandóan küllőket keresett a gyűrűk képeiben, melyeket végül meg is találtak a 2005. szeptember 5-én készített felvételeken.
Porgyűrű bélyegkép|jobbra|300px|A porgyűrű a Szaturnusz körül (a bolygó méretarányosan a kép közepén, a kis körben helyezkedik el – tőle jobbra nagyítva látható)
A Spitzer űrteleszkóp infravörös felvételei alapján 2009. október 6-án óriási, az eddig ismertek méretét messze meghaladó, porból és jégszemcsékből álló gyűrűt fedeztek fel a Szaturnusz körül. A gyűrű átmérője körülbelül 300-szorosa, vastagsága pedig mintegy 20-szorosa a bolygó átmérőjének. A látható fény tartományában egyáltalán nem figyelhető meg, ezért maradhatott eddig észrevétlen. Az egész alakzat kiterjedésére jellemző, hogy ha szabad szemmel láthatnánk, a Földről nézve két teliholdnyi átmérőt foglalna el az égbolton. A porgyűrű belső széle a bolygótól körülbelül 6 millió kilométerre található, míg a külső széle durván 12 millió kilométeres távolságig terjed. A porgyűrű mintegy 27 fokos szögben hajlik a fő gyűrűrendszer síkjához.http://hirek.csillagaszat.hu/szaturnusz_egyeb/20091008-oriasi-porgyurut-fedeztek-fel-a-szaturnusz-korul.html hirek.csillagaszat.hu, Szerző: Kovács József; 2009. október 8.; Óriási porgyűrűt fedeztek fel a Szaturnusz körül
Az újonnan felfedezett gyűrű messze a legnagyobb az óriásbolygó ismert gyűrűihez képest. Nem rendelkezik éles határokkal. Benne kering a Phoebe hold, amely a feltételezések szerint a gyűrű anyagának forrása. Az égitest minden bizonnyal nem a bolygóval együtt keletkezett, a Szaturnusz később fogta be.
A 2003-ban indított, a Nap körül keringő, 2009-ben a Földtől 107 millió km-re levő Spitzer-űrtávcső a hideg (kb. 80 K hőmérsékletű, -193 °C) por infravörös sugárzását detektálta a Szaturnusz környezetéből.