Сатурн з його кільцем - найдивовижніша планета в Сонячній системі. Широке, цілком плоске кільце оточує екватор планети, як капелюх - її поля. Воно розташоване похило до того кола, по якому Сатурн обходить Сонце за 29,5 років. Тому в залежності від положення Сатурна на його шляху кільце повертається до нас то одним боком, то інший. Кожні 15 років воно розташовується до нас ребром, і тоді його не можна розгледіти навіть у найлютіші телескопи, а це значить, що кільце дуже тонке: його товщина не більше 10 - 15 км.
Першим кільця Сатурна відкрив в XVII столітті Галілей, Гюйгенс. У XIX ст. англійський фізик Дж. Максвелл (1831-1879), який вивчав стійкість руху кілець Сатурна, а також російський астрофізик А.А. Белопол'скій (1854-1934) довели, що кільця Сатурна не можуть бути суцільними.
Знаменитий астроном Галілей у 1610 р виявив, що Сатурн оточений чимось. Але його телескоп був надто слабкий, і тому Галілей не зміг розібрати, що він бачить близько Сатурна. Тільки через півстоліття голландському вченому Гюйгенсу вдалося розглянути, що це насправді плоске кільце, яке оточує планету і ніде до неї не доторкається.
Вивчення Сатурна за допомогою досконаліших телескопів показало, що кільце розпадається на три частини, що складають як би три незалежних кільця, вкладених одне в інше. Зовнішнє кільце відокремлюється від середнього темним проміжком - вузькою чорною щілиною. Середнє кільце яскравіше зовнішнього. Зсередини до нього примикає напівпрозоре, як би туманне, третє кільце.
Що ж собою являють ці чудові кільця? Може бути, це дійсно тверді гладкі майданчики? Ні це не так. Видатні вчені - англійський фізик Максвелл (1831 - 1879) і російська жінка-математик С. В. Ковалевська (1850 - 1891) своїми розрахунками довели, що суцільне і тверде кільце такого розміру існувати не може: воно було б миттєво зруйновано під впливом відмінності в силі тяжіння для різних його частин. Видатний російський астрофізик А. А. Білопільський ретельними спостереженнями Сатурна підтвердив, що кільце справді не суцільне. Виявилося, що швидкість руху в різних частинах кільця різна. Це означає, що кільця складаються з дрібних уламків, кожний з яких обертається навколо Сатурна з такою швидкістю, яку мав би супутник планети годиться на такому ж відстані. Кожен такий уламок - ніби незалежний супутник, сам по собі обертається навколо Сатурна.
Що ж являють собою ці уламки? Це, ймовірно, камінчики різного розміру: від декількох сантиметрів до метра в діаметрі, але, можливо, в кільцях є і пил. Крім кілець, навколо Сатурна рухаються дев'ять супутників. З них один - Титан - за розмірами приблизно дорівнює Меркурію і трохи поступається йому за масою. Інші супутники мають різні розміри. Але всі вони значно менше Титану.
Сатурн багато в чому нагадує свого побратима - Юпітера. Багато дивні, на наш погляд, особливості Юпітера виражені у Сатурна ще різкіше. Наприклад, він стиснутий біля полюсів ще сильніше і складається з речовини, легшого, ніж вода. Сатурн, як і Юпітер, оточений суцільним хмарним покривом, але тільки ця туманна пелена на ньому менш строката. Смуги і плями на Сатурні хоча і є, але вони виділяються не так різко, як на диску Юпітера.
Атмосфера, в якій плавають хмари, має той же склад, що і на Юпітері: в ній містяться метан і аміак. Відстань Сатурна від Сонця становить 1426 млн. Км, і сонячні промені там гріють в 90 разів слабкіше, ніж на Землі, і в 3.5 рази слабкіше, ніж на Юпітері. Зрозуміло, що і мороз там дуже сильний - він доходить до 150 °. Добу на Сатурні тривають 10 години 14 хвилин.
До теперішнього часу у Сатурна встановлено існування 7 кілець, три з яких видно з Землі і виявлені астрономами вже давно. Кільця Сатурна складаються з безлічі крижаних часток з розмірами від часток міліметра до декількох метрів. Тільки це не лід в тому вигляді, в якому його знають леза ковзанів жителів планети Земля. Швидше, це сніг, а не лід. Так, звичайний водяний сніг, причому, сніг дуже пухкий, зовсім не відрізняється відомою міцністю льоду
"Вояджер 1" дозволив докладніше розглянути структуру кілець. Безліч щілин, крім уже відомої давно щілини Кассіні, спонукали вчених висунути гіпотезу про наявність маленьких супутників, орбіти яких лежать всередині цих щілин, і, вважалося, що такі супутники, як би, збирають всі частинки на своєму шляху. Однак, "Вояджер 2", який проводив систематичний пошук таких супутників, нічого не виявив. Не дивлячись на те, що деякі з астрономів і раніше припускають знайти подібне співіснування супутника і щілини, численні дослідження привели до висновку про те, що винуватцями освіти багатьох щілин дійсно є супутники, але тільки ті, чиї орбіти лежать за межами кілець. Та й механізм утворення щілин зовсім інший
І частки, і супутники обертаються навколо Сатурна, підкоряючись законам Кеплера, з яких, зокрема, випливає, що чим далі знаходиться тіло від центру, навколо якого воно звертається, тим більше період його звернення. Це означає, що і всередині кілець період обертання частинок навколо Сатурна залежить тільки від відстані до планети. Для будь-якого супутника знайдеться таке кільце, для якого більший період обертання супутника виявиться кратним періоду обертання частинок, що знаходяться в цьому кільці. Скажімо, період обертання супутника виявиться майже точно в три рази більше, ніж період обертання частинок. Цей супутник через рівні проміжки часу змінює рух всіх таких частинок, і ті покидають, з часом, свою орбіту, утворюючи тонку щілину, майже вільну від частинок. Таким чином, за кожною щілиною варто вплив певного супутника, "особистість" якого легко з'ясовується. Астрономи говорять, що цю щілину супутник пасе. Тут слово "пасе" використовується як термін, а супутники, що наглядають за щілинами в кільці Сатурна, називають "пастухами"
Існує три основних кільця, названих A, B і C. Вони помітні без особливих проблем із Землі. Є імена і у більш слабких кілець - D, E, F. При найближчому розгляді, як ми пам'ятаємо, кілець виявляється безліч. Між кільцями існують щілини, де немає часток. Та з щілин, яку можна побачити в середній телескоп із Землі (між кільцями А і В), названа щілиною Кассіні. У ясні ночі з хорошими телескопами можна побачити менш помітні щілини
Кільця є залишками того допланетного хмари, яке породило все тіла Сонячної системи. На тих відстанях від планети, на яких обертається велика частка частинок кільця, виникнення супутників неможливо через гравітаційний вплив самої планети, що руйнує все більш-менш великі тіла. Частки кілець багаторазово зіштовхуються, руйнуються і злипаються знову. Нагадаємо, що вони настільки тендітні, що поступаються в цьому самому пухкому снігу, який Ви можете собі уявити
Склад і дослідження Сатурна
Сатурн був відомий з доісторичних часів. Галілей першим спостерігав його в телескоп у 1610 році. Ранні спостереження Сатурна були ускладнені припущенням, згідно з яким Земля проходить через площину кілець Сатурна кожні кілька років, коли Сатурн перетинає її орбіту. Тільки в 1659 році Крістіан Гюйгенс правильно вивів геометрію кілець. Кільця Сатурна залишалися унікальними для Сонячної системи до 1977 року, коли були виявлені дуже слабкі кільця навколо Урана і незабаром після цього навколо Юпітера і Нептуна.
Навіть в малий телескоп можна помітити, що Сатурн явно сплющений; його екваторіальний і полярний діаметри розрізняються майже на 10% (120,536 км та 108,728 км). Це - результат швидкого обертання і рідкого стану. Інші газові планети теж сплющений, але не так сильно.
Сатурн має найнижчу щільність серед всіх планет, його питома вага становить всього 0.7 - менше, ніж у води.
Подібно Юпітеру, Сатурн складається приблизно на 75% з водню і на 25% з гелію зі слідами води, метану, аміаку і каменю, що відповідає складу споконвічної Сонячної Туманності, з якої була сформована Сонячна система.
За своєю внутрішньою будовою Сатурн подібний до Юпітера і складається з скелястого ядра, рідкого металевого водневого шару і молекулярного водневого шару. Присутні також сліди різних льодів.
Смуги, так що виділяються на Юпітері, на Сатурні набагато слабші. Вони набагато ширші ближче до екватора. У Сатурна також існують довговічні плями і інші особливості, спільні з Юпітером.
Два основних кільця (А і B) і одне слабке кільце (C) можуть спостерігатися з Землі. Проміжок між кільцями А і B відомий як розділ Cassini. Зображення Voyager показують чотири додаткових слабких кільця. Кільця Сатурна, на відміну від кілець інших планет, є дуже яскравими (альбедо 0.2 - 0.6).
Хоча із Землі кільця виглядають безперервними, фактично вони складаються з незліченних малих частинок, кожна з яких має свою власну незалежну орбіту. Відстань між ними коливається від сантиметра до декількох метрів.
Кільця Сатурна надзвичайно тонкі: хоча їх діаметр - 250,000 км або трохи більше, їх товщина складає 1.5 км. Вони складаються в основному з льоду і частинок гірських порід, покритих крижаною кіркою.
Найбільш віддалене кільце Сатурна, зване F-кільцем, є складною структурою, складеної з окремих малих кілець, уздовж яких видно "вузли". Ці вузли складаються з скупчень матеріалу, що становить кільця.
Походження кілець Сатурна і інших планет невідомо, можливо, вони виникли шляхом руйнування великих супутників. Кільцеві системи не стійкі, вони повинні відновлюватися постійно триваючими процесами.
Як і інші планети групи Юпітера, Сатурн має значне магнітне поле.
Сатурн легко побачити в нічному небі неозброєним оком. Хоча він не такий яскравий, як Юпітер, його просто ідентифікувати як планету, так як він не "мерехтить", як зірки. Кільця і великі супутники можна спостерігати в невеликий телескоп.
У Сатурна 18 супутників, що мають свої назви. З тих супутників, швидкості обертання яких відомі, всі, крім Феби і гіперонів, обертаються синхронно. Три пари супутників - Мімас - Теза, Енцелад - Діона і Титан - Гіперон - взаємодіють гравітаційно таким чином, щоб підтримати стійкі зв'язки між їх орбітами. На додаток до цих 18 супутників принаймні ще дюжині були присвоєні тимчасові позначення, але тепер вважається, що навряд чи всі вони реальні і є супутниками Сатурна.