Saturn () er den sjette planeten fra solen og den nest største i solsystemet, etter Jupiter. Den er oppkalt etter den romerske guden Saturn, og det astronomiske symbolet representerer gudens sigd. Saturn er en gasskjempe med bare ⅛ av jordens tetthet, men med en gjennomsnittsradius ni ganger jordens, og med 95 ganger jordens masse. Saturn har den største flattrykning (1/10) blant planetene i solsystemet.
Saturn har sannsynligvis en kjerne av jern, nikkel og silikater, omgitt av et lag metallisk hydrogen, fulgt av lag med flytende hydrogen og helium, som ytterst mot overflaten går over i gassform. Laget med metallisk hydrogen leder elektrisk strøm, og antas å gi opphav til planetens magnetfelt, som ved overflaten er noe svakere enn jordens, og ca. én tjuendedel av Jupiters. Den ytre atmosfæren er stort sett rolig og uten kontraster, men langvarige formasjoner kan oppstå. Vindhastighetene kan komme opp i km/t – raskere enn på Jupiter, men ikke like raske som på Neptun. Den store hvite flekken er en kjent storm som finner sted rundt sommersolverv hvert Saturn-år på den nordlige halvkulen. Ett Saturn-år tilsvarer ca. 30 år på jorden.
Saturns ringsystem består av ni sammenhengende hovedringer og tre usammenhengende buer, som består hovedsakelig av ispartikler, med også en del stein og støv. 82 kjente månerhttps://www.bbc.com/news/science-environment-49962134 går i bane rundt planeten – 53 av disse har fått offisielle navn. I tillegg befinner det seg hundrevis av «dvergmåner» i ringsystemet. Titan, Saturns største og solsystemets nest største måne, er større enn planeten Merkur og er den eneste månen i solsystemet med en betydelig atmosfære.
Fysiske egenskaper left|thumb|Grov sammenlikning av størrelsene til Saturn og Jorden. Saturn og Jupiter klassifiseres som gasskjemper. Begge planetene består hovedsakelig av de aller letteste grunnstoffene; hydrogen og helium, som finnes i væskeform i planetenes indre, og som utover mot atmosfæren gradvis går over i gassform, som så gradvis blir tynnere og tynnere. Ingen av planetene har noen kjent fast (eller flytende) overflate, og for praktiske formål må overflaten derfor defineres. Høyder oppgis normalt i forhold til nivået i atmosfæren der gasstrykket har sunket til 0,1 bar.
Saturn har den laveste tettheten blant planetene i solsystemet. Med en gjennomsnittlig tetthet på 0,69 g/cm³, er planeten den eneste i solsystemet med en tetthet lavere enn vann; rundt 30 % lavere. Kjernen er riktignok betydelig tettere, men de ytre væske- og gasslagene trekker ned gjennomsnittet. Saturn har dermed «bare» 95 ganger jordens masse, mens den har 763 ganger jordens volum. I motsetning har Jupiter 318 ganger jordens masse, selv om Jupiter bare er ca. 20 % større enn Saturn. Til sammen utgjør Jupiter og Saturn 92 % av planetmassen i solsystemet.
Den lave tettheten er også medvirkende til at planeten er den mest flattrykte i solsystemet. Rotasjon gjør at ingen av planetene har form som perfekte kuler, men som flate sfæroider, litt flattrykte ved polene og litt utbulende ved ekvator. For Saturns del avviker radiene ved ekvator og ved polene med nesten 10 % – henholdsvis km og km.
Indre struktur og kjerne thumb|left|En sannsynlig modell av Saturns indre struktur og kjerne.
Saturn består av rundt 96 volumprosent hydrogen, som i 99,9 % av planetens masse er å finne i væskeform på grunn av høyt trykk. Kun i det aller ytterste laget av planeten finnes hydrogen som gass, og det er ingen klar grense mellom de to fasene, fordi stoffet befinner seg over sitt kritiske punkt. Planeten har dermed heller ingen veldefinert overflate. Innover mot kjernen øker temperatur og trykk jevnt, og fører etterhvert til at hydrogenvæsken går over til å bli metallisk. Foruten hydrogen finnes det rundt 3 volumprosent helium og spor av ulike volatiler.
De fleste fysiske modeller forutsier en fast kjerne, men lite er kjent om denne. Modeller baserer seg blant annet på planetens masse, radius, rotasjonsperiode, flattrykthet, gravitasjonsmomenter, og tilstandsligninger for stoffene i planeten. Ut fra en gjennomgang av tilgjengelige resultater, anslo de franske astronomene og i 2004 kjernens masse til å være 9–22 ganger jordens masse. Usikkerheten skyldes blant annet usikkerhet i målingene av Saturns gravitasjonsmomenter, og usikkerhet i tilstandsligningene for hydrogen ved høy temperatur og høyt trykk. Temperaturen i kjernen antas å ligge på rundt .
Varmeproduksjon I motsetning til mindre planeter som jorden, som hovedsakelig mottar varme fra solen, er Saturn en netto varmeprodusent; den utstråler 1,78 ganger mer energi enn den mottar fra solen, og har en effektiv temperatur på .Hanel (1983)Guillot (2007) Hovedandelen av varmeproduksjonen kan forklares ved Kelvin-Helmholtz-mekanismen, fra oppspart gravitasjonell energi fra akkresjon i planetens formasjonsprosess, men i motsetning til hva tilfellet er for Jupiter, kan ikke dette forklare hele varmeproduksjonen. Det antas at resten kommer fra friksjon ved utskillelse av helium. Historisk har helium og hydrogen utgjort en homogen blanding, men for et par milliarder år siden sank temperaturen på planeten nok til at de begynte å skille seg i ytre lag. Helium er tyngre enn hydrogen, og vil derfor gradvis synke innover og skape friksjon. Det er mulig at heliumet har samlet seg, eller vil samle seg, i et eget lag rundt kjernen.
Atmosfære Den ytre atmosfæren inneholder 96,3 % molekylær hydrogen og 3,25 % helium. Andelen helium er vesentlig mangelfull i forhold til overfloden av dette grunnstoffet på solen. Mengden av grunnstoffer som er tyngre enn helium er ikke nøyaktig kjent, men proporsjonene antas å tilsvare den opprinnelige mengden fra dannelsen av solsystemet. Deres totale masse anslås til 19–31 ganger jordens, med en betydelig del beliggende i kjerneregionen. mini|Foto av en global storm. Fronten (lyst område) passerer halen som sirkulerer rundt den venstre delen. Det er oppdaget spormengder av ammoniakk, acetylen, etan, propan, fosfin og metan i atmosfæren. De øvre skyene er sammensatt av ammoniakkrystaller. De lavere nivåene synes å bestå av enten ammoniumhydrosulfid () eller vann. Ultrafiolett stråling fra solen forårsaker fotolyse av metan i den øvre atmosfæren. Dette gir kjemiske hydrokarbonreaksjoner som frakter produktene nedover med virvler og diffusjon. Denne fotokjemiske syklusen er modulert av Saturns årlige sesongsyklus.
Skylag thumb|Orkanlignende virvel ved sørpolen. Atmosfærens stripete mønster ligner på Jupiters, men Saturns striper er mye svakere og mye bredere nær ekvator. Nomenklaturen som brukes til å beskrive disse stripene er den samme som på Jupiter. De finere skymønstrene ble ikke observert før Voyager-sonden passerte på 1980-tallet. Siden da har jordbaserte teleskoper blitt så mye bedre at regelmessige observasjoner kan utføres.
Sammensetningen varierer med dybden og trykket. I de øvre skylagene, hvor temperaturen er i størrelsesorden 100–160 K og trykket på 0,5–2 bar, består skyene av ammoniakkis. Skyer av vannis oppstår på nivåer hvor trykket er ca. 2,5 bar og strekker seg ned til 9,5 bar – temperaturen går her fra 185–270 K. Innblandet i dette laget er en stripe av ammoniumhydrosulfidis som ligger i trykkområdet 3–6 bar med temperaturer mellom 290–235 K. De lavere lagene, hvor trykket er mellom 10–20 bar og temperaturen er 270–330 K, inneholder regioner med vanndråper med ammoniakk i vandig løsning.
Atmosfæren er vanligvis rolig, men innimellom oppstår langvarige ovaler og andre formasjoner liksom på Jupiter. I 1990 fotograferte Hubble-teleskopet en enorm hvit sky nær ekvator som ikke fantes da Voyager-sonden passerte. I 1994 ble en annen mindre storm observert. Stormen i 1990 var et eksempel på den store hvite flekken – et unikt, men kortvarig fenomen som oppstår en gang per år på Saturn (tilsvarende ca. 30 år på jorden). Stormen oppstår rundt tiden for sommersolverv på den nordlige halvkulen. Tidligere store hvite flekker ble observert i 1876, 1903, 1933 og 1960, men stormen fra 1933 er mest kjent. Hvis syklusen fortsetter, er en ny storm ventet rundt 2020.
Vindhastighetene er blant de høyeste i solsystemet, men ikke like høye som på Neptun. Data fra Voyager-programmet indikerte østlige vinder med hastigheter opp mot 500 m/s ( km/t). Bilder tatt av Cassini-sonden i 2007 viste en lyssterk blå nyanse på den nordlige halvkulen, tilsvarende som på Uranus. Fargen ble sannsynligvis forårsaket av Rayleigh-spredning.
Polarvirvel på sørpolen I de sørlige polregionene indikerer bilder fra Hubble-teleskopet tilstedeværelsen av jetstrømmer. Infrarød fotografering har vist en varm polarvirvel på sørpolen – den eneste kjente i solsystemet. Temperaturen i virvlene kan komme opp i –122 °C, mot normalen på –185 °C, og antas å være de varmeste stedene på Saturn. thumb|Heksagonal skyformasjon ved den nordlige polen. NASA rapporterte den 10. november 2006 at Cassini hadde observert en «orkanlignende» storm låst mot den sørlige polen som tydelig hadde definert et orkanøye. Skyer med orkanøyer var aldri før observert utenfor jorden. Bilder tatt av Galileo viste for eksempel ikke noe orkanøye i den store røde flekken på Jupiter.
Heksagonale skymønstre på nordpolen
Et vedvarende heksagonalt bølgemønster rundt den nordlige polarvirvelen – ca. ved 78°N – ble oppdaget av Voyager 1 i 1980 og bekreftet av Cassini i 2006.
Hver av de rette sidene på det heksagonale skymønsteret på nordpolen er omtrent km lange, noe som gjør de lengre enn diameteren på jorden. Hele strukturen roterer med en periode på , det samme som planetens radioutstråling som antas å være lik rotasjonen til planetens indre. Formasjonene forflytter seg ikke i lengdegrad som de andre skyene i den synlige atmosfæren.
Magnetosfære thumb|left|UV-bilde av Saturn tatt nær jevndøgn, som viser begge polarlysene. thumb|right|Hubble's bilder i STIS ultrafiolette og ACS synlige spekter, satt sammen for å vise Saturns sørlige polarlys.
Saturns iboende magnetiske felt kan i høy grad approksimeres som en enkel magnetisk dipol. En spesiell karakteristikk for Saturn er at magnetfeltets akse er nesten helt parallell med rotasjonsaksen. For alle andre planeter i solsystemet er det et markant større avvik mellom aksene, og det er vanskelig å forklare hvorfor de kan holde seg så stabilt parallelle i Saturns tilfelle. Styrken på feltet ved ekvator er 0,2 gauss (20 µT), som er ca. en tjuendedel av feltet rundt Jupiter og noe svakere enn jordens magnetfelt. Derfor er Saturns magnetosfære mye mindre enn Jupiters. Da Voyager 2 gikk inn i magnetosfæren, var trykket fra solvinden høyt og magnetosfæren strakk seg kun 19 saturnradier ut, eller 1,1 millioner kilometer. Den forstørret seg imidlertid i løpet av et par timer og forble slik i ca. tre dager.
Mest sannsynlig genereres magnetfeltet på lignende måte som Jupiters – ved strømmer i lagene av metallisk hydrogen, kalt en metallisk hydrogendynamo. Magnetosfæren avleder partiklene fra solen effektivt. Månen Titan går i bane innenfor den ytre delen av magnetosfæren og tilfører plasma fra ioniserte partikler i Titans ytre atmosfære. Magnetosfæren produserer polarlys på samme måte som jordens.
Omløp og rotasjon thumb|Den gjennomsnittlige avstanden mellom Saturn og solen er over 1,4 km (9 AE). Saturn bruker dager på jorden på ett omløp rundt solen. Gjennomsnittlig avstand til solen er over 1,4 milliarder kilometer (9 AE). Med en gjennomsnittlig omløpshastighet på 9,69 km/s, tilsvarer ett år på Saturn, det vil si tiden for ett omløp rundt solen, ca. 29,5 jordår eller jorddager. Den elliptiske banen er inklinert med 2,48° relativt til jordens baneplan. På grunn av en eksentrisitet på 0,056, varierer avstanden til solen med omtrent 155 millioner kilometer mellom perihelium og aphelium, de nærmeste og fjerneste punktene langs banen.