Saturn ist der zweitgrößter Planet des Sonnensystems, der nach Merkur, Venus, Erde, Mars und Jupiter an sechster Stelle die Sonne umkreist. Das auffälligste Merkmal des Saturns ist sein Ringsystem, das erstmals 1610 von Galileo Galilei mit einem der ersten Teleskope beobachtet wurde. Galilei erkannte jedoch nicht, dass die Ringe vom eigentlichen Planeten getrennt waren. Deshalb deutete er sie als Griffe (ansae). Der holländische Astronom Christiaan Huygens beschrieb die Ringe richtig. 1655 erstellte Huygens eine Schrift, die ein Anagramm enthielt. Die Buchstaben in diesem Anagramm bildeten in der richtigen Anordnung einen lateinischen Satz. Übersetzt lautet er: „Er ist von einem dünnen, flachen Ring umgeben, der ihn nirgends berührt und der zur Ekliptik geneigt ist." Die Ringe sind nach der Reihenfolge ihrer Entdeckung benannt worden. Sie werden von innen nach außen als D-, C-, B-, A-, F-, G- und E-Ring bezeichnet. Heute ist bekannt, dass sie mehr als 100000 einzelne kleine Ringe umfassen.

Von der Erde aus betrachtet, erscheint der Saturn als gelblicher Himmelskörper - einer der hellsten am nächtlichen Himmel. Mit einem Teleskop kann man den A- und den B-Ring leicht sehen, D- und E-Ring hingegen lassen sich nur unter optimalen Bedingungen beobachten. Mit sehr empfindlichen Teleskopen hat man neun größere Monde ermittelt. Neuere Daten weisen allerdings auf mindestens18, wenn nicht gar 23Saturnmonde hin. In der Gashülle des Saturns sind helle Gürtel und Zonen, die parallel zum Äquator verlaufen.
Drei amerikanische Raumsonden brachten weitere Erkenntnisse über das Saturnsystem. Die Raumsonde Pioneer11 flog im September 1979 am Saturn vorbei, es folgten Voyager1 im November 1980 und Voyager2 im August 1981. Diese Raumsonden hatten Kameras und Instrumente an Bord, die die Strahlungen im sichtbaren, ultravioletten, infraroten und Radiowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums registrierten. Außerdem waren die Sonden mit Instrumenten zur Untersuchung von Magnetfeldern und für das Aufspüren von geladenen Teilchen und interplanetaren Staubkörnern ausgerüstet.
Am 16.Oktober 1997 startete die NASA-Raumsonde Cassini. Die Saturnsonde soll insbesondere das Ringsystem sowie die Saturnmonde Japetus und Titan genauer untersuchen. An Bord befindet sich die europäische Sonde Huygens, die u.a. in die Atmosphäre des Saturn eindringen soll, um dort meteorologische Daten zu sammeln. Außerdem ist eine Landung von Huygens auf Titan geplant. Huygens ist eine Entwicklung der ESA. Der Start von Cassini war umstritten, da die Energieversorgung der Sonde mit Kernenergie erfolgt. Zu diesem Zweck hat Cassini etwa 38Kilogramm Plutonium an Bord. Kritiker befürchteten die Ausmaße der Risiken, die sich bei einem Unfall während des Startes ergeben hätten. Eine weitere Gefährdung sehen die Kritiker bei der erneuten späteren Erdumrundung. Um genügend Schwung für die Reise zu erhalten umkreist die Sonde zunächst die Venus um dann erneut an der Erde und schließlich am Jupiter vorbei Richtung Ziel zu fliegen. Cassini wird den Saturn voraussichtlich 2004 erreichen.

Die mittlere Dichte des Saturns beträgt nur ein Achtel der Erddichte, denn der Planet besteht hauptsächlich aus Wasserstoff. Der Druck innerhalb der Saturnatmosphäre ist so groß, dass der Wasserstoff zu einer Flüssigkeit kondensiert. Weiter innen im Planeten wird der flüssige Wasserstoff zu „metallischem" Wasserstoff verdichtet. Letzterer ist elektrisch leitfähig. Offensichtlich sind elektrische Ströme in diesem metallischen Wasserstoff verantwortlich für das Magnetfeld des Planeten. Nach der so genannten Dynamotheorie diskutieren Astronomen, dass das Magnetfeld des Saturns durch die Dynamowirkung der Planetenrotation im Gebiet des metallischen Wasserstoffes erzeugt wird. Im Mittelpunkt des Saturns haben sich möglicherweise schwere Elemente angesammelt, die einen kleinen Gesteinskern bilden. Im Kern herrschen schätzungsweise Temperaturen von knapp 15000°C. Sowohl Jupiter als auch Saturn ziehen sich noch weiter durch ihre Gravitation zusammen, nachdem sie sich aus den Gas- und Staubnebeln verdichtet haben, aus denen sich das Sonnensystem vor über vier Milliarden Jahren bildete. Diese so genannte Kontraktion erzeugt Wärme. Deshalb strahlt der Saturn dreimal so viel Wärme in den Weltraum ab, wie er von der Sonne erhält.

Die Atmosphäre des Saturns besteht überwiegend aus Wasserstoff (88Prozent) und Helium (11Prozent). Der Rest setzt sich aus Methan, Ammoniak, Wasserdampf und anderen Gasen wie Ethan, Acetylen und Phosphin zusammen. Die Bilder der Voyager-Sonden zeigten Wolkenwirbel und -strudel in den Tiefen eines Gasnebels, der aufgrund der niedrigeren Temperaturen des Saturns viel dichter ist als der des Jupiters. Die Temperaturen an der Wolkenobergrenze des Saturns liegen bei etwa -176°C. Das sind etwa 27°C weniger, als die entsprechenden Regionen auf dem Jupiter aufweisen.
Gemäß der Beobachtung der Wolkenschichten beträgt die Rotationsperiode der Atmosphäre in Äquatornähe etwa zehn Stunden und elf Minuten. Radiostrahlung, die aus dem Inneren des Planeten kommt, lässt darauf schließen, dass der innere Teil des Saturns und seine Magnetosphäre eine Rotationsperiode von zehn Stunden, 39Minuten und 25Sekunden hat. Der Unterschied von ungefähr 28,5Minuten zwischen diesen beiden Zeiten weist darauf hin, dass die Saturnwinde am Äquator Geschwindigkeiten von knapp 1700Kilometern pro Stunde haben.
1988 entdeckten Forscher bei der Analyse der Voyager-Photos eine ungewöhnliche atmosphärische Erscheinung um den Nordpol des Saturns. Möglicherweise handelt es sich bei dieser Erscheinung um ein stehendes Wellenmuster, das sich sechsmal um den Planeten wiederholt und das Wolkenbänder in einiger Entfernung des Poles als riesiges, dauerhaftes Sechseck erscheinen lässt.

Das Magnetfeld des Saturns ist deutlich schwächer als das des Jupiters, seine Stärke beträgt nur etwa ein Drittel. Die Magnetosphäre des Saturns besteht aus einer Reihe von scheibenförmigen Strahlungsgürteln, in denen Elektronen und Atomkerne eingefangen werden. Die Strahlungsgürtel dehnen sich vom Mittelpunkt des Saturns über zwei Millionen Kilometer aus. Auf der sonnenabgewandten Seite sind es sogar noch mehr. Dabei schwankt die Größe der Magnetosphäre in Abhängigkeit von der Stärke des Sonnenwindes, also dem Strom der geladenen Teilchen, der von der Sonne kommt. Insgesamt stammen die Teilchen, die in den Strahlungsgürteln eingefangen werden, vom Sonnenwind und von den Saturnringen sowie den Saturnmonden. Aus einem Zusammenwirken der Magnetosphäre und der Ionosphäre, der obersten Schicht der Saturnatmosphäre, entsteht eine auroraartige Ultraviolettstrahlung.
Zwischen den Umlaufbahnen des größten Mondes, Titan, und der Umlaufbahn von Rhea befindet sich eine riesige ringförmige Wolke aus ungeladenen Wasserstoffatomen. Eine Plasmascheibe, möglicherweise bestehend aus Wasserstoff- und auch Sauerstoffionen, reicht von der Umlaufbahn von Tethys bis fast an die Umlaufbahn von Titan. Diese Scheibe rotiert fast synchron mit dem Magnetfeld des Saturns.

Die sichtbaren Ringe dehnen sich bis zu einer Entfernung von 136200Kilometern vom Mittelpunkt des Saturns aus. In vielen Bereichen sind sie möglicherweise nur fünf Meter dick. Man nimmt an, dass sie aus Ansammlungen von Gestein, gefrorenen Gasen und Eis bestehen. Die Größe der Teilchen soll schätzungsweise von weniger als 0,005Millimetern bis etwa zehn Metern reichen - also ist vom Staubkorn bis zum Felsblock alles vertreten. Ein Instrument an Bord von Voyager2 zählte mehr als 100000Ringe im Saturnsystem.
Die sichtbare Trennung zwischen dem A-Ring und dem B-Ring wird nach ihrem Entdecker, dem französischen Astronomen Giovanni Cassini, als Cassinische Teilung bezeichnet. Die Fernsehbilder von Voyager zeigten fünf neue schwache Ringe in der Cassini'schen Teilung. Die breiten Ringe B und C bestehen aus Hunderten von kleinen Ringen, von denen einige leicht elliptisch und unterschiedlich dicht sind. Die gegenseitigen Gravitationseinflüsse zwischen Ringen und Monden, die diese unterschiedlichen Dichten bewirken, sind noch nicht vollständig geklärt. Der B-Ring erscheint hell, wenn er von der sonnenbeschienenen Seite her betrachtet wird. Wenn er allerdings von der anderen Seite her betrachtet wird, erscheint er dunkel. Der B-Ring ist dicht genug, um den größten Teil des Sonnenlichtes am Durchgang zu hindern. Auf den Bildern von Voyager lassen sich außerdem radiale, speichenartig rotierende Muster im B-Ring erkennen.
Bereits seit einiger Zeit vermuteten Experten, dass die Ringe nicht stabil sondern einer Art Erosion ausgeliefert sind. Vor allem in das C- und B-Ringsystem einfallende Mikrometeoriten schlagen kleinste Eiskörnchen heraus, die anschließend entlang der Feldlinien des Magnetfeldes auf den Saturn gelangen. Dieser Sachverhalt scheint sich auf Grund von Beobachtungen mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops sowie spektroskopischen Untersuchungen zu bestätigen.

Mehr als 18 Saturnmonde wurden entdeckt. Ihre Durchmesser reichen von 20 bis 5 150 Kilometer. Sie bestehen größtenteils aus leichten, gefrorenen Substanzen. Die fünf größeren inneren Monde - Mimas, Enceladus, Tethys, Dione und Rhea - sind ungefähr kugelförmig und bestehen größtenteils aus Eis. Gesteine könnten bis zu 40 Prozent der Masse von Dione ausmachen. Die Oberflächen der fünf Monde weisen viele Krater auf, die durch Meteoriteneinschläge verursacht wurden. Enceladus besitzt eine glattere Oberfläche als die anderen. Bemerkenswert ist der Teil der Oberfläche, der am wenigsten Krater aufweist. Er ist offensichtlich nur wenige hundert Millionen Jahre alt. Möglicherweise laufen auf Enceladus noch tektonische Vorgänge ab. Es wird vermutet, dass Enceladus Teilchen an den E-Ring abgibt, der sich neben der Mondumlaufbahn befindet. Mimas weist eine sehr raue Oberfläche auf. Der Durchmesser seines größten Einschlagkraters beträgt 130 Kilometer und damit ein Drittel des Monddurchmessers (392 Kilometer). Tethys besitzt ebenfalls einen großen Krater mit einem Durchmesser von 400 Kilometern. Außerdem existiert auf Tethys ein 100 Kilometer breites Tal, das mehr als 2 000 Kilometer lang ist. Sowohl Dione als auch Rhea haben helle, strähnenartige Streifen auf ihren bereits stark reflektierenden Oberflächen. Einige Wissenschaftler vermuten, dass diese entweder durch Eis entstanden, das bei Meteoriteneinschlägen aus den Kratern herausgeschleudert wurde, oder aus frischem Eis, das aus dem Inneren an die Oberfläche geschoben wurde.
Mehrere kleine Monde sind außerhalb des A-Ringes und in der Nähe des F-Ringes und des G-Ringes entdeckt worden. Noch nicht ganz gesichert ist die Entdeckung von vier so genannten trojanischen Monden von Tethys und eines trojanischen Mondes von Dione. Der Begriff trojanisch wird für Himmelskörper wie Monde oder Asteroiden verwendet, die in stabilen Bereichen vorkommen und die dem Himmelskörper auf seiner Bahn um einen Planeten oder die Sonne vorauseilen oder folgen.
Die äußeren Monde Hyperion und Japetus bestehen ebenfalls größtenteils aus Wasser. Japetus besitzt eine sehr dunkle Region, die einen Kontrast zum größten Teil seiner sehr hellen Oberfläche bildet. Dieser dunkle Bereich und die Rotation des Mondes scheinen offensichtlich die Ursachen für die Helligkeitsschwankungen zu sein, die Cassini 1671 beobachtete. Der äußerste Mond, Phöbus, bewegt sich auf einer rückläufigen Umlaufbahn, die stark zum Äquator des Saturns geneigt ist. Phöbus ist möglicherweise ein Satellit, der durch das Gravitationsfeld des Saturns eingefangen wurde.
Zwischen den inneren und den äußeren Satelliten kreist Titan, der größte Mond des Saturns. Sein Durchmesser beträgt 5 150 Kilometer, er ist also größer als der Planet Merkur. Ein dichter oranger Nebel verhüllt seine Oberfläche. Die Atmosphäre des Titans ist schätzungsweise 300 Kilometer dick. Sie besteht zu 99 Prozent aus Stickstoff mit Spuren von Methan, Ethan, Acetylen, Cyanwasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Mit Hilfe des Infrarot-Weltraumteleskops ISO gelang es im April 1998 Wissenschaftlern der Europäischen Weltraumorganisation ESA, Wasser in der Titanatmosphäre zu entdecken. Auf der Oberfläche beträgt die Temperatur ungefähr -182 °C. Das Innere von Titan besteht möglicherweise je zur Hälfte aus Gestein und Eis. Man hat keine Magnetfelder feststellen können. Die südliche Halbkugel ist etwas heller, und die einzige sichtbare Struktur ist ein dunkler Ring in der Nordpolregion.

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