Pianeta Saturno

Saturno appare visibilmente schiacciato ai poli:

I suoi diametri equatoriale e polare differiscono di quasi il 10% (120 536 km contro 108 728 km). Questa forma è il risultato della sua rapida rotazione e della sua composizione fluida, facile a deformarsi. Anche gli altri giganti gassosi sono deformati in maniera analoga, ma in modo molto meno evidente. Saturno è anche l'unico pianeta del sistema solare con una densità media inferiore a quella dell'acqua: solo 0,69 g/cm3. In realtà il valore medio è una combinazione di densità molto basse, nell'atmosfera del pianeta, e densità più elevate all'interno, sicuramente maggiori di quella dell'acqua.

Saturno orbita attorno al Sole ad una distanza media di 1,427 miliardi di chilometri, percorrendo una rivoluzione completa in 29,458 anni terrestri. La sua orbita è inclinata di 2,488° rispetto all'eclittica ed è eccentrica di un fattore 0,0560. Alla sua distanza, la luce del Sole appare 100 volte meno intensa rispetto alle misure effettuate da Terra. Con una massa pari a 95 volte e un volume pari a 700 volte quello terrestre, Saturno è il secondo pianeta più grande del sistema solare dopo Giove.

L'asse di rotazione è inclinato di 26,73 gradi, regalando al pianeta un ciclo di stagioni analogo a quello terrestre e marziano, ma assai più lungo il periodo di rotazione di Saturno sul proprio asse varia a seconda della quota; gli strati superiori, nelle regioni equatoriali, impiegano 10,233 ore a compiere un giro completo, mentre nucleo e mantello ruotano in 10,675 ore. L'atmosfera di Saturno mostra delle bande simili a quelle di Giove, ma molto più deboli e più larghe vicino all'equatore. Esse sono così deboli da non essere mai state osservate prima dell'arrivo delle sonde Voyager. Da allora i telescopi a Terra sono migliorati al punto di poter condurre regolari osservazioni delle caratteristiche atmosferiche di Saturno. Sono state trovate tempeste di forma ovale dalla lunga vita e molto simili a quelle di Giove. Nel 1990 il Telescopio Spaziale Hubble osservò un'enorme nube bianca vicino all'equatore del pianeta, e un'altra fu osservata nel 1994. L'atmosfera di Saturno, molto simile a quella di Giove, è composta principalmente di idrogeno ed elio; quella di Saturno contiene tuttavia una percentuale di idrogeno leggermente maggiore, oltre ad una quantità di fosforo ed arsenico circa 10 volte superiore. Anche nel caso di Saturno, come per Giove, è stato possibile individuare tramite la spettroscopia agli infrarossi la presenza di concentrazioni infinitesimali di monossido di carbonio, fosfina, idruro di germanio ed arsina. Forse questi composti chimici, che normalmente non potrebbero esistere in un'atmosfera a base di idrogeno ed elio, si originano in reazioni chimiche sconosciute e sono poi spinti fino al livello atmosferico visibile del pianeta da forti moti convettivi. Una sostanziale differenza fra le atmosfere di Giove e Saturno è la presenza di bande chiare e scure, specialmente presso l'equatore, molto evidenti nel primo ma estremamente soffuse e poco contrastate nell'altro. Il motivo è probabilmente la minore temperatura atmosferica di Saturno (130 K nell'alta atmosfera), che favorisce la formazione di nubi ad una profondità maggiore rispetto a Giove. Ciononostante l'atmosfera saturniana è percorsa da venti fortissimi, che soffiano fino a 1800 km/h presso l'equatore. Sono inoltre presenti cicloni, soprattutto alle alte latitudini, dalla durata relativamente breve e dalle dimensioni massime di circa 1200 km.

Saturno è l'unico pianeta del sistema solare ad essere caratterizzato da una densità media inferiore rispetto a quella dell'acqua; si suole affermare che, se posato sopra un immenso oceano, Saturno galleggerebbe. L'interno di Saturno è simile a quello di Giove, con un nucleo roccioso, uno strato di idrogeno metallico liquido sopra di esso, e uno strato di idrogeno molecolare ancora più sopra. Sono presenti tracce di ghiacci di vari elementi. L'interno di Saturno è molto caldo (12 000 K nel nucleo), e l'intero pianeta emette nello spazio più energia di quella che riceve dal Sole. La maggior parte di questa energia proviene da una lenta compressione gravitazionale chiamata meccanismo di Kelvin-Helmholtz, ma sembra che tale fenomeno non basti a spiegare l'ammontare di energia osservata. Una proposta per spiegare il calore in più è la discesa di gocce di elio molto all'interno di Saturno, che genererebbe calore per frizione contro l'idrogeno circostante.Saturno possiede un magnifico sistema di anelli planetari, composti da milioni di piccoli oggetti ghiacciati, della grandezza di un chilometro o meno, orbitanti attorno al pianeta sul suo piano equatoriale, e organizzati in un anello piatto. Poiché l'asse di rotazione di Saturno è inclinato rispetto al suo piano orbitale, anche gli anelli risultano inclinati. Questa natura "granulare" degli anelli fu dimostrata per via teorica fin dal 1859 dal fisico scozzese J. C. Maxwell. Gli anelli iniziano ad un'altezza di circa 6600 km dalla sommità delle nubi di Saturno e si estendono fino a 120 000 km, poco meno di un terzo della distanza Terra-Luna. Il loro spessore è mediamente pari ad appena 3 km.

La loro scoperta è dovuta a Christiaan Huygens, nel 1655; in precedenza già Galileo Galilei aveva notato delle insolite protuberanze ai lati del pianeta, ma la scarsa potenza del suo telescopio e la particolare posizione di Saturno all'epoca - con gli anelli disposti di taglio per un osservatore terrestre, e quindi periodicamente invisibili - non gli avevano permesso di distinguerne la forma con chiarezza.

Gli anelli sono divisi in sette fasce, separate da delle divisioni che sono quasi vuote. L'organizzazione in fasce e divisioni risulta da una complessa dinamica ancora non ben compresa, ma nella quale giocano sicuramente un ruolo i cosiddetti satelliti pastori, lune di Saturno che orbitano all' interno o subito fuori dell'anello.

L'origine degli anelli è sconosciuta. Ci sono due ipotesi principali: che siano il risultato della distruzione di un satellite di Saturno, ad opera di una collisione con una cometa o con un altro satellite, oppure che siano un "avanzo" del materiale da cui si formò Saturno che non è riuscito ad assemblarsi in un corpo unico. Le teorie attuali suggeriscono che gli anelli siano instabili e abbiano una vita relativamente breve: in pochi milioni di anni dovrebbero disperdersi o cadere sul pianeta stesso. Questo favorirebbe un'origine recente degli anelli.