Сатурн (планета) — Вікіпедія

Сатурн 

Фотографія Сатурна, зроблена космічним телескопом Хаббл 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.
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°
Аргумент перицентру	336,013 862°
Супутники	146
Фізичні характеристики
Екваторіальний радіус	60 268 ± 4 км 9,4492 Землі
Полярний радіус	54 364 ± 10 км 8,5521 Землі
Сплюснутість	0,09796 ± 0,00018
Площа поверхні	4,27× 1010 км² 83,703 Землі
Об'єм	8,2713× 1014 км³ 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
Період обертання	10 год. 34 хв 13с ± 2с
Екваторіальна швидкість обертання	9,87 км/c
Нахил осі	26,73°
Пряме піднесення північного полюса	21 год 10 мін 44 с 317,68143°
Схилення північного полюса	52,88650°
Альбедо	0,342 (Бонд) 0,47 (геометричне)
Видима зоряна величина	від +1.47 до −0.24
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) ppm метану  • 125 (+/-75) ppm аміаку  • 110 (+/-58) ppm дейтериду водню  • 7 (+/-1.5) ppm етану  • аміачний лід  • водяний лід  • гідросульфід амонію
Сатурн у Вікісховищі

Сатурн — шоста 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^[1].

Радіус Сатурна лише на 16 % менше радіуса Юпітера, але його маса складає менше третини від маси Юпітера^[2][3]. Водночас його маса більша за земну в 95 разів, а радіус більший в 9,5 раза^[4]. Планета обертається навколо Сонця на відстані 9,59 астрономічної одиниці (1434 млн км), з орбітальним періодом 29,45 року^[5].

Сатурн має яскраву й велику систему кілець, що складається переважно з частинок льоду, з меншою кількістю скелястих уламків і пилу^[6]. Навколо планети обертаються щонайменше 146 супутників, 63 з яких мають офіційні назви^[7]. 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^[8].

Сатурн — газовий гігант, що складається переважно з водню та гелію; частка гелію значно менша, ніж у Сонця^[9]. Він немає чіткої поверхні, хоча, імовірно, має тверде кам'яне або металеве ядро^[10]. Швидке обертання Сатурна навколо осі призводить до того, що він має форму еліпсоїда^[11]: його екваторіальний радіус (на рівні тиску 1 бар) більш як на 10 % перевищує полярний — 60 268 км проти 54 364 км^[12].

Сатурн — єдина планета Сонячної системи, густина якої менша за густину води (приблизно на 30 %)^[11]. Хоча ядро Сатурна значно щільніше за воду, завдяки протяжній атмосфері середня густина планети становить 0,69 г/см^3[12]. Маса Сатурна становить 5,6846 × 10²⁶ кг, що в 95 разів перевищує масу Землі. Разом із Юпітером, маса якого становить 18,9813 × 10²⁶ кг (318 мас Землі)^[13], вони складають 92 % загальної маси всіх планет Сонячної системи^[14]. Об'єм Сатурна становить 8,2713 × 10¹⁴ км³, що в 763 рази більше за об'єм Землі, а площа поверхні — 4,27 × 10¹⁰ км², у 84 рази більше за площу Землі^[12].

Завдяки низькій середній густині, попри значно більшу ніж у Землі масу, прискорення вільного падіння на екваторі Сатурна становить 11,19 м/с²^[12], що лише трохи більше цього показника для Землі.

Середня відстань між Сатурном і Сонцем становить понад 1,4 мільярда кілометрів (9 астрономічних одиниць). При середній орбітальній швидкості 9,68 км/с^[12] Сатурну потрібно 10 759 земних днів (або близько 29,7 року), 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^[15].

Як і у всіх планет Сонячної системи, орбіта Сатурна є не ідеальним колом, а еліпсом з ексцентриситетом 0,052. У перигелії Сатурн перебуває на відстані 1,353 млрд кілометрів (9 а. о.) від Сонця, а в афелії — на відстані 1,513 млрд км (10,1 а. о.)^[15].

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^[15].

Усі газові гіганти — Сатурн, Юпітер, Уран і Нептун — обертаються навколо своїх осей зі сталими та добре відомими періодами обертання, як і скелясті планети. Зазвичай для визначення їх обертання навколо осі використовуються дані про обертання магнітного поля. Магнітне поле Сатурна не нахилене стосовно осі обертання, тому обчислення є складнішими^[16]. Коли вчені порівняли дані «Кассіні» з даними, зібраними на початку 1980-х років зондом «Вояджер», то виявили значну різницю у вимірюваннях швидкості обертання планети. Період, виміряний космічним апаратом «Кассіні» був на 7 хвилин довший^[17] за 10 годин 39 хвилин 24 секунди, виміряні 28 років раніше «Вояджером»^[18]. 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)^[19].

Як газовий гігант, Сатурн не має твердої поверхні. Всередині планети здебільшого знаходяться гази та рідини. Як наслідок, на планеті відсутні гори, рівнини, кратери та інші поверхневі утворення. Посадка космічного апарата не поверхню планети також не є можливою у зв'язку з відсутністю поверхні^[20].

Попри те, що Сатурн складається здебільшого з водню та гелію, більша частина його маси не знаходиться в газовій фазі, тому що 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, стає металом у глибших шарах^[14].

Вчені припускають, що надра Сатурна подібні до надр Юпітера: всередині розташоване велике кам'яне ядро, оточене воднем і гелієм, зі слідами різних летких речовин^[21]. Порівняно з Юпітером, значно більший відсоток маси Сатурна розташований поблизу його ядра, що означає наявність значно більшої кількості матеріалу, щільнішого за водень поблизу свого центру. Центральні області Сатурна складаються приблизно на 50 % з водню за масою, тоді як області Юпітера — приблизно на 67 %. Також, ймовірно, що у щільному центральному ядрі зосереджено суміш гірських порід і льоду масою близько 15—18 мас Землі^[22].

Вчені підрахували, що маса ядра повинна бути в 9—22 рази більша за масу Землі, що відповідає діаметру близько 25 000 км^[23]. 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^[24]. Воно оточене товстішим шаром рідкого металічного водню, за яким слідує рідкий шар насиченого гелієм молекулярного водню, що поступово переходить у газ зі збільшенням висоти^[25]. Зовнішній шар охоплює близько 1000 км і складається з газу^[26].

Гарячі надра Сатурна мають температуру до 11 700 °C. Ядро планети випромінює в космос у 2,5 раза більше енергії, ніж отримує від Сонця^[27].

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 елементів, таких як метан (0.45%±0.2%), аміак та ін. Також в атмосфері знайдено сліди ацетилену, етану, пропану, фосфіну і метану^[28].

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^[29].

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 бар. Далі знаходиться шар хмар з гідросульфіду амонію, що лежить у діапазоні тиску 3—6 бар. Найнижчі шари, де тиск становить від 10 до 20 бар, містять область крапель води з аміаком у водному розчині^[30].

У атмосфері Сатурна є смуги хмар, але вони блідо-помаранчеві та бляклі. Цей колір пояснюється наявністю в атмосфері сульфуру^[29].

Верхні хмари, що знаходяться приблизно на 100 км нижче верхньої точки тропосфери Сатурна (тропопаузи), де температура опускається до −250 °C, складаються з аміаку. Під ними, на 170 км нижче, з температурою −70 °C, розташований наступний шар хмар, який складається з гідросульфіду амонію(інші мови). Найнижчий шар хмар складається з водяних хмар і розташований приблизно на 130 км нижче тропопаузи, температура там становить 0 градусів. Під хмарами, якщо опускатися все нижче і нижче, тиск і температура зростають, і гідроген повільно переходить у рідкий стан. Ще нижче гелій також стає рідиною^[29].

Смуги на поверхні планети — це смуги вітрів, що обертаються навколо планети^[31]. Сатурн має одні з найшвидших вітрів у Сонячній системі. Коли космічний корабель «Вояджер» наближався до Сатурна, він зафіксував вітер зі швидкістю 1800 км/год (500 м/с, або 1,5 Маха на Землі на рівні моря) на екваторі планети^[29]. Поблизу екватора спостерігаються найсильніші вітри, що зазвичай досягають швидкості 500 м/с і переважно мають східний напрям. Швидкість рівномірно спадає на вищих широтах. На широтах, що перевищують 35 градусів, вітри змінюються зі східних на західні^[11].

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 30 років (через темряву довгої зими Сатурна, шестикутник не було видно роками). Інфрачервоні прилади «Кассіні» змогли виявити форму за допомогою теплових візерунків, а отримані зображення показали, що шестикутник майже нерухомий і простягається глибоко в атмосферу^[32].

Смугасті хмари, які утворюють шестикутник, рухаються зі швидкістю понад 360 км/год (100 м/с)^[33]. Його сторони завдовжки приблизно 13 800 км, що вдвічі більше, ніж радіус Землі^[32]. Шестикутник обертається з періодом 10 год 39 хв 24 с, з таким же періодом Сатурн випромінює радіосигнали зі своїх надр^[34].

Періодично на Сатурні утворюються шторми, які називають Великими білими плямами за аналогією до Великої червоної плями на Юпітері^[35].

З 1876 року на Сатурні спостерігали шість гігантських штормів, які повторювалися кожні два-три десятиліття і чергувалися між середніми широтами та екватором^[36]. У 2010—2011 роках був масштабний шторм, який отримав назву «Великий весняний шторм»; він обійшов весь шлях навколо планети^[37] і на короткий період навіть перевищив розмір знаменитої Великої червоної плями Юпітера^[38].

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 гігантський шторм виливає свою величезну масу дощу, повітря всередині хмар залишається легшим, ніж атмосфера під ними. Це на деякий час «вимикає» процес конвекції, що створює нові хмари та шторми. Повітря має охолонути, щоб утворився новий шторм, а процес охолодження триває близько 30 років^[36].

Магнітне поле Сатурна є слабким та має просту структуру^[39]. Воно спрямоване у двох протилежних напрямках, через що неможливо побачити обертання планети^[40].

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» дісталися до планети та виявили, що магнітне поле Сатурна не схоже на магнітне поле інших планет. З тією точністю, яку можна було отримати на той час, було вирахувано, що воно має майже нульовий нахил відносно осі обертання, а внутрішнє магнітне поле було абсолютно осесиметричним^[39].

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^[39], проте вона більше схожа на земну магнітосферу, ніж на магнітосферу Юпітера^[39]. Магнітосфера Сатурна створює полярні сяйва та потужне радіовипромінювання^[31]. На відміну від Юпітера, але як і в Землі, глибоко в магнітосфері Сатурна немає джерела внутрішньої енергії та маси^[39].

Магнітосфера затримує частинки радіаційного поясу, які досягають рівнів, подібних рівням земної магнітосфери. На внутрішньому краю радіаційні пояси закінчуються головними (A, B і C) кільцями 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^[39].

Система кілець Сатурна робить планету одним з найкрасивіших об'єктів Сонячної системи. Система складається з декількох кілець. Існує сім 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^[6]. За головними кільцями, на відстані 12 мільйонів кілометрів від планети знаходиться розріджене кільце Феби. Воно нахилене під кутом 27° до інших кілець і, як і Феба, обертається за ретроградною орбітою^[41].

Космічні зонди показали, що основні кільця складаються з великої кількості вузьких кілець^[11], 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 покриттям із приблизно 7 % аморфного вуглецю^[42].

Під час обертання Сатурна навколо Сонця є періоди, коли можна спостерігати його кільця повною мірою, а іноді видно лише їхній край^[15]. Кільця ніби повертаються ребром. Цей перетин площини відбувається приблизно кожні 15 років^[11].

Походження кілець достеменно невідоме. Вважається, що вони могли бути утворені з більших супутників, які були розбиті ударами комет і метеороїдів^[11]. Вчені опублікували висновки, які свідчать про те, що кільця Сатурна були утворені порівняно нещодавно в історії Сонячної системи. Експерти, які працюють над даними, зібраними космічним кораблем 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 не залишаться з ним назавжди; дослідження показали, що вони поступово розпадаються^[43].

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^[20]. 63 супутники мають офіційні назви^[44]. До 2020-х років вважалося, що Юпітер має більше супутників (станом на травень 2023 — 95), однак Сатурн повернув собі звання планети з найбільшою кількістю супутників у Сонячній системі після відкриття 62 нових супутників, унаслідок чого їх офіційна загальна кількість перевищила 140^[43].

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)^[7]. Підраховано, що існує ще близько 150 зовнішніх нерегулярних супутників діаметром до 2,8 км^[45]. Крім того, є докази існування від десятків до сотень супутників діаметром 40—500 метрів у кільцях Сатурна, які не вважаються повноцінними супутниками^[46].

Сатурн має так звану «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)^[11].

Сучасні назви супутників Сатурна запропонував Джон Гершель у 1847 році. Вчений запропонував назвати їх на честь міфологічних персонажів, пов'язаних з римським богом землеробства та врожаю^[47]. Відомі на той час сім супутників були названі на честь титанів і гігантів — братів і сестер Кроноса^[48]. Коли у XX столітті імена титанів були вичерпані, супутники почали називати на честь різних персонажів греко-римської або інших міфологій^[49].

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^[7]. Усі нерегулярні супутники (за винятком Феба, відкритого на століття раніше за інших) названі на честь персонажів інуїтської, галльської та скандинавської міфологій відповідно^[50].

• Титан — найбільший супутник Сатурна і другий за розміром супутник Сонячної системи. Більший за планету Меркурій. Єдиний супутник у Сонячній системі із чітко вираженою атмосферою. Єдиний об'єкт Сонячної системи, крім Землі, де рідини перебувають у формі річок, озер і морів^[8].
• Енцелад — це маленький крижаний супутник із гейзероподібними струменями, 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^[51].
• Мімас — найменший і найближчий з головних супутників Сатурна, усіяний кратерами. Він недостатньо великий, щоб утримати круглу форму, тому він дещо яйцеподібний. 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^[52].
• 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^[53].

• Феба — один з найбільш віддалених супутників Сатурна. На відміну від більшості великих супутників, що обертаються навколо Сатурна, Феба дуже темний і відображає 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 темної матерії. Є припущення, що Феба належить до кентаврів — об'єктів, що належали до пояса Койпера, але мігрували у внутрішню частину Сонячної системи^[54].
• Япет — третій за розміром супутник Сатурна. Япет називають супутником їнь-ян, оскільки його головна півкуля є темною, як вугілля, а інша півкуля набагато яскравіша. 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^[55].
• 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^[56].
• Тефія — п'ятий за розміром супутник Сатурна. Серед визначних рис — кратер Одіссея, який займає 2/5 поверхні супутника, та каньйон Ітака, який простягається через усю планету від північного до південного полюса^[57].

Сатурн був відомий з доісторичних часів, оскільки його легко побачити неозброєним оком^[58]. Найдавніші письмові записи про Сатурн датуються 700 р. до н. е. і приписуються ассирійцям. Вони описали планету з кільцями як блиск у ночі та назвали її «Зірка Нініб»^[59].

Вавилонські астрономи систематично спостерігали та записували рух Сатурна^[60]. У стародавній Греції планета була відома як Файнон (Φαίνων)^[61], а в часи Римської імперії ― як «зірка Сатурна»^[62]. У давньоримській міфології планета вважалась священною для бога землеробства Сатурна, від якого й отримала сучасну назву^[63]. Грецький вчений Птолемей розрахував орбіти Сатурна за результатами спостережень, зроблених, коли планета була у протистоянні^[64].

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 Галілео 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, бо кільце супутників було повернено ребром. 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^[58].

У 1659 році голландський астроном Християн Гюйгенс розгадав таємницю «рук» Сатурна. Завдяки вдосконаленій оптиці телескопа він зробив висновок, що «руки» насправді були системою кілець. Також він відкрив супутник Сатурна, Титан^[58]. Через кілька років після відкриттів Гюйгенса італо-французький астроном Джованні Кассіні відкрив ще чотири великі супутники Сатурна: Япет, Рею, Тефію і Діону. У 1675 році Кассіні виявив вузьку щілину, яка розділяє систему кілець Сатурна на дві частини, і відтоді вона була відома як «відділ Кассіні»^[21]. На цих учених пізніше було названо космічний корабель «Кассіні — Гюйгенс», що досліджує Сатурн^[58].

Інші важливі відкриття були зроблені значно пізніше. У 1789 році Вільям Гершель відкрив ще два супутники — Мімас і Енцелад^[65]. У 1848 році команда британських вчених відкрила Гіперіон^[66]. У 1899 році Вільям Генрі Пікерінг відкрив супутник Феба^[66]. У XIX столітті Джеймс Едвард Кілер визначив, що кільцева система не є однорідним листом, а насправді складається з дрібних частинок^[58]. Дослідження Титана на початку XX століття привели до підтвердження в 1944 році того, що супутник має густу атмосферу — особливість, унікальну серед супутників Сонячної системи^[67].

Космічні апарати «Піонер-10» та «Піонер-11» були запущені як шукачі шляху для перевірки можливості втілення місії «Вояджер»^[68]. «Піонер-11» запустили 1973 року для дослідження Юпітера і Сатурна. Він здійснив перший обліт Сатурна у вересні 1979 року, пройшовши на відстані 20 900 км від вершини хмар планети^[69]. «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^[70].

Під час польоту космічний корабель зробив 440 зображень системи Сатурна^[68]. 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^[69].

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^[70].

Космічні апарати «Вояджер-1» та «Вояджер-2» було запущено 1977 року, через декілька років після апаратів «Піонер-10» та «Піонер-11», які підтвердили можливість проходження через пояс астероїдів та потужне випромінення Юпітера^[68]. Їхнім призначенням було вивчення планет-гігантів та вихід на межі Сонячної системи.

«Вояджер-1» був запущений після «Вояджера-2», проте, маючи більшу швидкість, перегнав його. Він підлетів до планети в 1980 році та виявив у системі Сатурна п'ять нових супутників і ще одне кільце — G. Також він сфотографував супутники Титан, Мімас, Енцелад, Тефію, Діону та Рею. Згідно з отриманими даними, усі супутники складаються переважно з водяного льоду. Найбільше «Вояджер-1» наблизився до Сатурна 12 листопада 1980 року на відстань 126 000 км^[71].

«Вояджер-2» підлетів до Сатурна у 1981 році. Найближча зустріч із Сатурном відбулася 26 серпня 1981 року на відстані приблизно 101 000 км. «Вояджер-2» повторив фотографічну місію свого попередника, але пролетів приблизно на 25 000 км ближче до Сатурна. Космічний корабель надав більш детальні зображення основних кілець, а також кільця F та його супутників-пастухів, які були виявлені «Вояджером-1». Дані «Вояджера-2» свідчать про те, що кільце A Сатурна близько 300 метрів завтовшки^[72].

«Вояджер-2» також сфотографував супутники Гіперіон, Енцелад, Тефію, Фебу та відкриті незадовго до того Гелену, Телесто і Каліпсо^[72].

Прибуття «Кассіні» на орбіту Сатурна у 2004 році та його діяльність там допомогли сформувати краще розуміння планети. Космічний апарат «Кассіні» обертається навколо Сатурна з 2004 року, ставши його першим штучним супутником^[73].

Цей космічний апарат розширив знання про систему супутників Сатурна, склад кілець, чіткіше виміряв гравітаційне поле і суттєво просунув знання про складну метеорологію Сатурна^[21]. Основним завданням було дослідити властивості хмар і склад атмосфери, вітри та температури, внутрішню структуру та обертання, іоносферу, походження та еволюцію Сатурну. Також апарат спостерігав за структурою та складом кілець Сатурна, динамічними процесами в них, взаємозв'язком кілець і супутників, пиловим та мікрометеороїдним середовищем. Досліджувалися також і крижані супутники: їхні характеристики та геологічна історія, механізми модифікації поверхні, склад та розподіл поверхні, загальний склад та внутрішня структура, взаємодія з магнітосферою Сатурна. Було досліджено магнітосферу Сатурна, її структуру, склад, джерела, динаміку, взаємодію з сонячним вітром, супутниками та кільцями^[74]. «Кассіні» також перевозив зонд «Гюйгенс» ЄКА, який приземлився на супутник Сатурна Титан у 2005 році^[75].

Місія «Кассіні» мала завершитися в середині 2008 року, проте була розширена в період північного сонцестояння Сатурна і Титана у 2017 році. Планувалося дослідження атмосфери, походження та еволюції хмар, спостереження за амплітудою зональних теплових хвиль, перевірка узгодженості коливань стратосфери з 14,8-річним періодом, дослідження підвищення та зниження температур у північній та південній полярних областях. Подальші дослідження мали обмежені можливості, бо проводилися в обмеженому часі та просторі, тому мали бути доповнені наземними дослідженнями^[76]. У вересні 2017 року «Кассіні» завершив 13-річну орбітальну місію запланованим зануренням в атмосферу Сатурна, надсилаючи наукові дані до останньої секунди. Останні п'ять обертів «Кассіні» дали вченим змогу вперше безпосередньо взяти зразки атмосфери Сатурна^[75].

Космічний телескоп Габбла знаходиться на навколоземній орбіті з 1990 року і фотографує небесні об'єкти^[77]. Саме цей телескоп вперше зафіксував на Сатурні ультрафіолетові полярні сяйва^[78].

Космічний телескоп Джеймса Вебба знаходиться на навколоземній орбіті з 2021 року і спостерігає за небесними об'єктами^[79]. У червні 2023 року він надіслав свої перші фотографії Сатурна. Апарат зробив їх на камеру Near-Infrared Camera (NIRCam) і відправив на Землю. Станом на 2024 рік вчені продовжують їхню обробку та вивчення. Під час обробки фахівці зведуть разом кілька зображень, щоб отримати деталізацію Сатурна, його кілець та зроблять фотографії кольоровими^[80].

Продовження дослідження Сатурна планується НАСА в рамках програми місій New Frontiers. Раніше НАСА представили плани місії на Сатурн, яка включатиме атмосферний зонд Saturn Atmospheric Entry Probe (зонд для спуску в атмосферу Сатурна)^[81]. Також планується місія Dragonfly для дослідження придатності для життя Титана та Енцелада^[82].

Сучасна назва планети походить від імені римського бога Сатурна. У римській міфології Сатурн був богом хліборобства, рільництва та часу, а також батьком Юпітера^[83][1]. Сатурна ототожнювали з грецьким богом Кроносом. Кронос був богом сівби та жнив, початку і кінця. Пізніше, в еліністичний період, ототожнювався з богом часу Хроносом^[84].

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^[85].

Раніше довгий час помилково вважалося, що Сатурн є планетою земної групи і має тверду поверхню, яка могла б бути придатною для життя. Це породило багато фантастичних історій про жителів Сатурна^[86].

Найдавніше зображення Сатурна в художній літературі зустрічається у філософській повісті Вольтера «Мікромегас» (1752). У ній на Землю прилітають дві істоти: одна з Сатурна, та інша 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^[87].

У романі Гамфрі Деві «Втішні подорожі» (1830)^[88] далекий мандрівник описує Сатурн і його гігантських мешканців^[89]. 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)^[90]. У творі Джона Джейкоба Астора «Подорож до інших світів: Роман майбутнього» (1894)^[91] Сатурн — це домівка духів^[92]. У романі Сайруса Коула «Аврорафон» (1890) сатурніанці зіткнулися з повстанням роботів^[93], а в романі Леббеуса Х. Роджерса «Довіра повітряного змія» (1900)^[94] вони побудували єгипетські піраміди.

Сатурніанці зазвичай зображуються більш розвиненими, ніж люди Землі, зокрема в романі 1886 року «Роман двох світів»^[95] Марі Кореллі^[86]. Жителів Сатурна 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^[96], і в оповіданні «Люди без тіні» (1933) Стентона А. Кобленца, де вони приходять на Землю як завойовники, щоб перетворити її на утопію^[86]. В інших творах вони злі й жорстокі, наприклад, в оповіданні Кліфтона Б. Круза «Загроза від Сатурна» (1935) та його продовженні «Барабани» (1936)^[86].

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^[97], і роман 1901 року «Медовий місяць у космосі» Джорджа Ґріффіса, де вона населена морськими водоростями, рептиліями та примітивними гуманоїдами^[98].

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^[86].

• Кільця Сатурна відіграють ключову роль у повісті Айзека Азімова «Марсіанський шлях» (1952)^[99] як джерело льоду для спраглого Марса. В іншому його романі «Фундація та Земля» (1986)^[100] кільця Сатурна підтверджують ідентифікацію нашої давно втраченої Сонячної системи^[89].
• У повісті Джона Варлі «Рівнодення» (1977) релігійний культ задіяний у тому, щоб пофарбувати одне з кілець Сатурна в червоний колір^[89].
• У романі Сеселії Голланд «Літаючі світи» (1976)^[101] міста ширяють над Сатурном і Ураном^[102]. Люди живуть у цих містах в атмосфері Сатурна. Подібне зображено і в романі «Хмари Сатурна» (1991) Майкла Макколлума^[103].
• Подорож в атмосферу зображено в оповіданні Роджера Желязни «Пісня страху» (1985)^[97].
• У романі Роберта Л. Форварда «Рукх Сатурна» (1997)^[104] зображено інопланетян, які живуть в атмосфері^[105].
• 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^[106].

• Сатурн відвідують люди у фільмі «Бамбукова літаюча 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^[107].
• Сатурн служить місцем призначення природного заповідника, що містить залишки рослинного життя постапокаліптичної Землі у фільмі 1972 року «Мовчазна втеча»^[108].
• «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^[109].
• 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^[110] — на відміну від реальних кілець, набагато тонших, що складаються з метеоритного пилу і часточок льоду та обертаються навколо планети з величезною швидкістю^[42].
• «Інтерстеллар» (2014). Події фільму починаються в недалекому майбутньому, коли Земля вже не в змозі підтримувати людство. У Сонячній системі вчені виявили червоточину біля Сатурна, та єдиний шанс людства на виживання — пройти через неї та колонізувати нові світи в іншій галактиці^[111].

Планета також була представлена ​​в кількох коміксах.

• Герой DC Джемм із Сатурна, і Кронани з коміксів Marvel про Тора мають там базу^[86].
• 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^[112].
• Супутнику Сатурна Титану присвячена комп'ютерна гра в жанрі симулятора містобудування під назвою Industries of Titan^[en][113].