Магнетосферата на Сатурн е шуплината создадена во текот на сончевиот ветер од внатрешно генерираното магнетно поле на планетата. Откриена во 1979 година од вселенското летало Пионер 11, магнетосферата на Сатурн е втора по големина од која било планета во Сончевиот Систем по Јупитер. Магнетопаузата, границата помеѓу магнетосферата на Сатурн и сончевиот ветар, се наоѓа на растојание од околу 20 полупречници на Сатурн од центарот на планетата, додека нејзината магнетоопашка се протега стотици полупречници на Сатурн зад неа.
Магнетосферата на Сатурн е исполнета со плазма што потекнува и од планетата и од нејзините месечини. Главниот извор е малата месечина Енкелад, која исфрла дури 1.000 kg/s водена пареа од гејзерите на нејзиниот јужен пол, чиј дел е јонизиран и принуден да ко-ротира со магнетното поле на Сатурн. Ова го вчитува полето со дури 100 kg вода група јони во секунда. Оваа плазма постепено се поместува од внатрешната магнетосфера преку механизмот за нестабилност на размена и потоа побегнува низ магнетоопашката.
Интеракцијата помеѓу магнетосферата на Сатурн и сончевиот ветер генерира светли овални поларни светлини околу половите на планетата забележани во видлива, инфрацрвена и ултравиолетова светлина. Аурорите се поврзани со моќното сатурнско километриско зрачење (СКЗ), кое го опфаќа честотниот интервал помеѓу 100 kHz до 1300 kHz и некогаш се сметало дека модулира со период еднаков на ротацијата на планетата. Меѓутоа, подоцнежните мерења покажале дека периодичноста на модулацијата на СКЗ варира за дури 1%, и затоа веројатно не точно се совпаѓа со вистинскиот вртежен период на Сатурн, кој од 2010 година останува непознат. Внатре во магнетосферата има радијациони појаси, во кои се сместени честички со енергија од десетици мегаелектронволти. Енергетските честички имаат значително влијание на површините на внатрешните ледени месечини на Сатурн.
Во 1980-1981 година, магнетосферата на Сатурн била проучувана од вселенското летало Војаџер. До септември 2017 година бил предмет на тековна истрага од мисијата на Касини, кое пристигнало во 2004 година и поминала над 13 години набљудувајќи ја планетата.
Откритие Веднаш по откривањето на декаметриските радио емисии на Јупитер во 1955 година, биле направени обиди да се открие слична емисија од Сатурн, но со неубедливи резултати.Smith, 1959 Првиот доказ дека Сатурн можеби има внатрешно генерирано магнетно поле дошло во 1974 година, со детекција на слаби радио емисии од планетата со честота од околу 1 MHz.
Овие емисии на средни бранови биле модулирани со период од околу 10 часа и 30 минути, што се толкува како вртежен период на Сатурн.Brown, 1975 Сепак, доказите достапни во 1970-тите биле премногу неубедливи и некои научници сметале дека на Сатурн можеби му недостасува магнетно поле, додека други дури шпекулирале дека планетата може да лежи надвор од хелиопаузата.Kivelson, 2005, p. 2077 Првото дефинитивно детектирање на сатурниското магнетно поле било направено дури на 1 септември 1979 година, кога низ него поминало вселенското летало Пионер 11, кое директно ја мери јачината на неговото магнетно поле.Belenkaya, 2006, pp. 1145–46
Структура
Внатрешно поле Како и магнетното поле на Јупитер, така и на Сатурн се создава течно динамо во слој од циркулирачки течен метален водород во неговото надворешно јадро.Russel, 1993, p. 694 Како и Земјата, магнетното поле на Сатурн е главно дипол, со северни и јужни полови на краевите на една магнетна оска.Russel, 1993, pp. 717–718 На Сатурн, како и на Јупитер, северниот магнетен пол се наоѓа на северната полутопка, а јужниот магнетен пол лежи во јужната полутопка, така што линиите на магнетното поле се насочени подалеку од северниот пол и кон јужниот пол. Ова е обратно во споредба со Земјата, каде што северниот магнетен пол лежи во јужната полутопка.Kivelson, 2005, pp. 303–313 Магнетното поле на Сатурн има четириполни, октополни и повисоки компоненти, иако тие се многу послаби од диполните.
Јачината на магнетното поле на екваторот на Сатурн е околу 21 μT (0,21 G), што одговара на диполен магнетен момент од околу 4,6 T • m 3. Ова го прави магнетното поле на Сатурн малку послабо од Земјиното; сепак, неговиот магнетен момент е околу 580 пати поголемо. Магнетниот дипол на Сатурн е строго усогласено со неговата вртежна оска, што значи дека полето, единствено, е многу симетрично на оската. Диполот е малку поместен (за 0,037 Rs) по вртежната оска на Сатурн кон северниот пол.
Големина и облик Внатрешното магнетно поле на Сатурн го отклонува сончевиот ветер, поток од јонизирани честички што ги емитираат Сонцето, подалеку од неговата површина, спречувајќи го да комуницира директно со неговата атмосфера и наместо тоа да создаде свој регион, наречен магнетосфера, составен од плазма многу различна од онаа на сончевиот ветер. Магнетосферата на Сатурн е рата најголема магнетосферата во Сончевиот Систем по онаа на Јупитер.Blanc, 2005, p. 238
Како и со магнетосферата на Земјата, границата што ја дели плазмата на сончевиот ветер од онаа во магнетосферата на Сатурн се нарекува магнетопауза. Растојанието на магнетопаузата од центарот на планетата во подсончевата точка варира во голема мера од 16 до 27 Rs (R s =60,330 km е екваторскиот полупречник на Сатурн).Russel, 1993, p. 709, Table 4Gombosi, 2009, p. 247 Положбата на магнетопаузата зависи од притисокот што го врши сончевиот ветер, кој пак зависи од сончевата активност. Просечното растојание на магнетопаузата е околу 22 с. Пред магнетопаузата (на растојание од околу 27 Rs од планетата) Gombosi, 2009, p. 206, Table 9.1 лежи лачниот удар, нарушување слично на будење во сончевиот ветер предизвикано од неговиот судир со магнетосферата. Регионот помеѓу лачниот удар и магнетопаузата се нарекува магнетообвив.Russel, 1993, pp. 690–692
На спротивната страна на планетата, сончевиот ветер ги протега линиите на магнетното поле на Сатурн во долга, заостаната магнетоопашка, која се состои од два лобуси, при што магнетното поле во северниот лобус е насочено подалеку од Сатурн, а јужното насочено кон него. Лобусите се одделени со тенок слој од плазма наречен слој со електрична струја. Како и на Земјата, опашката на Сатурн е канал преку кој сончевата плазма влегува во внатрешните области на магнетосферата.Gombosi, 2009, pp. 206–209 Слично на Јупитер, опашката е канал низ кој плазмата од внатрешното магнетосферско потекло ја напушта магнетосферата. Плазмата што се движи од опашката кон внатрешната магнетосфера се загрева и формира голем број на радијациони појаси.
Магнетосферски региони лево|мини|300x300пкс| Структурата на магнетосферата на Сатурн Магнетосферата на Сатурн често се дели на четири региони.Andre, 2008, pp. 10–15 Највнатрешниот регион се наоѓа заедно со планетарните прстени на Сатурн, во околу 3 Rs, има строго диполарно магнетно поле. Во голема мера е лишен од плазма, која се апсорбира од прстенести честички, иако радијационите појаси на Сатурн се наоѓаат во овој највнатрешен регион веднаш внатре и надвор од прстените. Вториот регион помеѓу 3 и 6 Rs содржи ладен плазма-тор и се нарекува внатрешна магнетосфера. Ја содржи најгустата плазма во сатурнскиот систем. Плазмата во торот потекнува од внатрешните ледени месечини и особено од Енкелад. Магнетното поле во овој регион е исто така главно диполарно. Третиот регион се наоѓа помеѓу 6 и 12-14 Rs и се нарекува динамичен и продолжен плазма лист. Магнетното поле во овој регион е растегнато и недиполарно, додека плазмата е ограничена на тенок екваторијален плазма лист.Andre, 2008, pp. 6–9 Четвртиот најоддалечен регион се наоѓа над 15 Ре на големи географски широчини и продолжува до границата на магнетопаузата. Се одликува со мала густина на плазмата и променливо, недиполарно магнетно поле под силно влијание на Сончевиот ветер.
Во надворешните делови на магнетосферата на Сатурн над приближно 15–20 Rs Mauk, 2009, pp. 317–318 магнетното поле во близина на екваторската рамнина е силно растегнато и формира структура слична на диск наречена магнетодиск.Gombosi, 2009, pp. 211–212 Дискот продолжува до магнетопаузата во денот и преминува во магнетоопашката на ноќта.Gombosi, 2009, pp. 231–234 Во близина на денската страна може да отсуствува кога магнетосферата е компресирана од сончевиот ветер, што обично се случува кога растојанието од магнетопаузата е помало од 23 Рс. На ноќната страна и на страните на магнетосферата магнетодиск е секогаш присутен. Сатурновиот магнетодиск е многу помал аналог на магнетодискот на Јупитер.
Плазма-листот во магнетосферата на Сатурн има облик на чинија што не се наоѓа во ниту една друга позната магнетосфера. Кога Касини пристигнал во 2004 година, имало зима на северната полутопка. Мерењата на магнетното поле и густината на плазмата откриле дека плазма-листот е искривен и лежи на север од екваторската рамнина и изгледа како џиновски сад. Таквата форма била неочекувана.
Динамика мини|300x300пкс| Слика од плазма-облак околу Сатурн (Касини) Процесите кои ја движат магнетосферата на Сатурн се слични на оние кои ја движат Земјата и Јупитер.Blanc, 2005, pp. 264–273 Исто како што Јупитеровата магнетосфера е доминирана од страна на плазма ко–ротација и маса – утовар од Ио, па магнетосферата на Сатурн е доминирана од страна на плазма ко-ротација и масовно оптоварување од Енкелад. Сепак, магнетосферата на Сатурн е многу помала по големина, додека нејзиниот внатрешен регион содржи премалку плазма за сериозно да се прошири и да се создаде голем магнетодиск. Ова значи дека е под многу посилно влијание на сончевиот ветер и дека, како и Земјиното магнетно поле, неговата динамика е под влијание на повторното поврзување со ветрот слично на циклусот Данџи.
Друга одлика на магнетосферата на Сатурн е големото изобилство на неутрален гас низ планетата. Како што е откриено од ултравиолетовото набљудување на Касини, планетата е обвиткана со голем облак од водород, водена пареа и нивните дисоцијативни производи како хидроксил, кој се протега до 45 Rs од Сатурн. Во внатрешната магнетосфера односот на неутралните и јоните е околу 60 и се зголемува во надворешната магнетосфера, што значи дека целиот магнетосферски волумен е исполнет со релативно густ слабо јонизиран гас. Ова е различно, на пример, од Јупитер или Земјата, каде што јоните доминираат над неутралниот гас и има последици за магнетосферската динамика.Mauk, 2009, pp. 282–283
Извори и пренос на плазма Во составот на плазмата во внатрешната магнетосфера на Сатурн доминираат јоните од водната група: O+, H2O+, OH+ и други, јони на хидрониум (H3O+), HO2+ и O2+,Sittler, 2008, pp. 4, 16–17 иако протони а присутни се и азотни јони (N+). Young, 2005Smith, 2008 Главен извор на вода е Енкелад, кој ослободува 300–600 kg/s водена пареа од гејзерите во близина на неговиот јужен пол. Ослободената вода и радикалите хидроксил (OH) (производ на дисоцијација на водата) формираат прилично дебел тору околу орбитата на Месечината на 4 Rs со густина до 10.000 молекули на кубен сантиметар.Tokar, 2006 Најмалку 100 kg/s од оваа вода на крајот се јонизира и се додава во ко-ротирачката магнетосферска плазма. Дополнителни извори на јони од водните групи се Сатурновите прстени и другите ледени месечини.Gombosi, 2009, pp. 216–219 Вселенското летало Касини, исто така, забележало мали количини на јони N+ во внатрешната магнетосфера, кои веројатно потекнуваат и од Енкелад.Smith, 2008, pp. 1–2 лево|мини| Сликата на Касини на прстенестата струја околу Сатурн пренесена од енергетски (20-50 keV) јони Во надворешните делови на магнетосферата доминантни јони се протоните, кои потекнуваат или од Сончевиот ветер или од јоносферата на Сатурн.Gombosi, 2009, pp. 219–220 Титан, кој орбитира блиску до границата на магнетопаузата на 20 Rs, не е значаен извор на плазма.Russell, 2008, p. 1
Релативно студената плазма во највнатрешниот регион на магнетосферата на Сатурн, внатре 3 Rs (во близина на прстените) се состои главно од јони O+ и O2+. Таму јоните заедно со електроните формираат јоносфера што ги опкружува сатурнските прстени.Gombosi, 2009, pp. 206, 215–216