13060405saturno

Saturno es el sexto planeta del Sistema Solar, es el segundo en tamaño y masa después de Júpiter y es el único con un sistema de anillos visible desde nuestro planeta. Su nombre proviene del dios romano Saturno. Forma parte de los denominados planetas exteriores o gaseosos, también llamados jovianos por su parecido a Júpiter. El aspecto más característico de Saturno son sus brillantes anillos. Antes de la invención del telescopio, Saturno era el más lejano de los planetas conocidos y, a simple vista, no parecía luminoso ni interesante. El primero en observar los anillos fue Galileo junto con su ayudante Alejandro Campelo en 1610 pero la baja inclinación de los anillos y la baja resolución de su telescopio le hicieron pensar en un principio que se trataba de grandes lunas. Christiaan Huygens con mejores medios de observación pudo en 1659 observar con claridad los anillos. James Clerk Maxwell en 1859 demostró matemáticamente que los anillos no podían ser un único objeto sólido sino que debían ser la agrupación de millones de partículas de menor tamaño. Campelo ayudò a Galileo a hacer las operaciones y gracias a él el científico pudo dejar medio resuelto el enigma de los anillos.

Debido a su posición orbital más lejana que Júpiter los antiguos romanos le otorgaron el nombre del padre de Júpiter al planeta Saturno. En la mitología romana, Saturno era el equivalente del antiguo titán griego Cronos. Cronos era hijo de Urano y Gaia y gobernaba el mundo de los dioses y los hombres devorando a sus hijos en cuanto nacían para que no lo destronaran. Zeus, uno de ellos consiguió esquivar este destino y finalmente derrocó a su padre para convertirse en el dios supremo.

Los griegos y romanos, herederos de los sumerios en sus conocimientos del cielo, habían establecido en siete el número de astros que se movían en el firmamento: el Sol, la Luna, y los planetas Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, las estrellas errantes que a distintas velocidades orbitaban en torno a la Tierra, centro del Universo. De los cinco planetas, Saturno es el de movimiento más lento, emplea unos treinta años (29,457 años) en completar su órbita, casi el triple que Júpiter (11,862 años) y respecto a Mercurio, Venus y Marte la diferencia es mucho mayor. Saturno destacaba por su lentitud y si Júpiter era Zeus, Saturno tenía que ser Cronos, el padre anciano, que paso a paso deambula entre las estrellas.

Elementos orbitales

Distancia media al Sol

1.429.400.000 Km

Inclinación

2,48446°

Excentricidad

0,05415060

Período orbital sideral

29^a 167^d 6,7^h (~9,3·10⁸ s)

Período orbital sinódico

378,1 días (~3,27·10⁷ s)

Velocidad orbital media

9672,4 m/s

Radio orbital medio

9,53707032 UA
1,4267254·10¹² m

Satélites

61 conocidos

Características físicas

Masa

5,688·10²⁶ kg

Volumen

8,27·10²³ m³

Densidad

690 kg/m³

Área de superficie

4,38·10¹⁶ m²

Diámetro

1,20536·10⁸ m

Gravedad

9,05 m/s²

Velocidad de escape

35490 m/s

Periodo de rotación

Ecuatorial	10^h 13^m 59^s
Interno	10^h 39^m 25^s

Inclinación axial

26,73°

Albedo

0,47

Magnitud (V_o)

0,67

Características atmosféricas

Presión

1,4·10⁵ Pa

Temperatura

Mínima	82 K
Media	143 K
Máxima	?
Nubes	93 K

Composición

Hidrógeno	>93%
Helio	>5%
Metano	0,2%
Vapor de agua	0,1%
Amoníaco	0,01%
Etano	0,0005%
Fosfina	0,0001%

Saturno es un planeta visiblemente achatado en los polos con un ecuador que sobresale formando la figura de un esferoide ovalado. Los diámetros ecuatorial y polar son respectivamente 120.536 y 108.728 km. Este efecto es producido por la rápida rotación del planeta, su naturaleza fluida y su relativamente baja gravedad. Los otros planetas gigantes son también ovalados pero no en tan gran medida. Saturno posee una densidad específica de 690 kg/m³ siendo el único planeta del Sistema Solar con una densidad inferior a la del agua (1000 kg/m³). Si existiera un recipiente lleno de agua con las dimensiones suficientes para introducir a Saturno, este flotaría. El planeta está formado por un 90% de hidrógeno y un 5% de helio. El volumen del planeta es suficiente como para contener 740 veces la Tierra, pero su masa es sólo 95 veces la terrestre, debido a la ya mencionada densidad media relativa.

El interior del planeta es semejante al de Júpiter, con un núcleo sólido en el interior. Sobre él se extiende una extensa capa de hidrógeno líquido y sólido (debido a los efectos de las elevadas presiones y temperaturas). Los 30.000 km exteriores del planeta están formados por una extensa atmósfera de hidrógeno y helio. El interior del planeta contiene probablemente un núcleo formado por materiales helados acumulados en la formación temprana del planeta y que se encuentran en estado líquido en las condiciones de presión y temperatura cercanas al núcleo. Éste se encuentra a temperaturas en torno a 12.000 K (aproximadamente el doble de la temperatura de la superficie del Sol). Por otro lado, y al igual que Júpiter y Neptuno, Saturno irradia más calor al exterior del que recibe del Sol. Una parte de esta energía está producida por una lenta contracción del planeta que libera la energía potencial gravitacional producida en la compresión. Este mecanismo se denomina mecanismo de Kelvin-Helmholtz. El calor extra generado se produce en una separación de fases entre el hidrógeno y el helio relativamente homogéneos que se están diferenciando desde la formación del planeta liberando energía gravitatoria en forma de calor.

Saturno gira alrededor del Sol a una distancia media de 1.418 millones de kilómetros en una órbita de excentricidad 0,056, que sitúa el afelio a 1.500 millones de km y el perihelio a 1.240 millones de km. Saturno se encontró en el perihelio en 1974. El periodo de traslación alrededor del Sol es de 29 años y 167 días, mientras que su período sinódico es de 378 días, de modo que, cada año la oposición se produce con casi dos semanas de retraso respecto al año anterior. El período de rotación sobre su eje es corto, de 10 horas, 14 minutos, con algunas variaciones entre el ecuador y los polos.

Los elementos orbitales de Saturno son modificados en una escala de 900 años por una resonancia orbital de tipo 5:2 con el planeta Júpiter, bautizado por los astrónomos franceses del siglo XVIII como la grande inégalité (Júpiter completa 5 vueltas por cada 2 de Saturno). Los planetas no se encuentran en una resonancia perfecta, pero están lo suficientemente cercanos a ella como para que las perturbaciones a sus respectivas órbitas sean apreciables.

La órbita elíptica de Saturno está inclinado 2,48 ° respecto al plano orbital de la Tierra. Debido a una excentricidad de 0,056, la distancia entre Saturno y el Sol varía en aproximadamente 155 000 000 km entre perihelio y afelio, que son los puntos más próximos y más distantes del planeta a lo largo de su trayectoria orbital, respectivamente.

El periodo de rotación de Saturno es incierto dado que no posee superficie y su atmósfera gira con un periodo distinto en cada latitud. Las partes visibles de Saturno giran a velocidades diferentes según la latitud, y períodos de rotación múltiples han sido asignados a las distintas regiones (como en el caso de Júpiter): Sistema I tiene un período de 10 h 14 min 00 s (844,3 ° / d), y abarca la zona ecuatorial, que se extiende desde el límite norte de la franja ecuatorial del Sur hasta el borde sur de la franja ecuatorial del Norte. A todas las demás latitudes de Saturno se le han asignado un período de rotación de 10 h 39 min 24 s (810,76 ° / d), que es Sistema II. Sistema III, Basado en las emisiones de radio del planeta en el período de los sobrevuelos Voyager, tiene un periodo de 10 h 39 min 22,4 s (810,8 ° / d).

Las misiones espaciales Ulysses y Cassini han mostrado que este periodo de emisión en radio varía en el tiempo siendo en la actualidad: 10 h 45 m 45 s (± 36 s). La causa de este cambio en el periodo de rotación de radio podría estar relacionada con la actividad criovolcánica en forma de géisers de la luna Encélado, que libera material en órbita de Saturno capaz de interaccionar con el campo magnético externo del planeta, utilizado para medir la rotación del núcleo interno donde se genera. En general se considera que el periodo de rotación interno del planeta puede ser conocido tan sólo de forma aproximada.

La última estimación de la rotación de Saturno sobre la base de una recopilación de diversas mediciones de la misión Cassini, sondas Voyager y Pioneer se informó en septiembre de 2007 es de 10 horas, 32 minutos y 35 segundos.

La atmósfera de Saturno posee un patrón de bandas oscuras y zonas claras similar al de Júpiter aunque la distinción entre ambas es mucho menos clara en el caso de Saturno. La atmósfera del planeta posee fuertes vientos en la dirección de los paralelos alternantes en latitud y altamente simétricos en ambos hemisferios a pesar del efecto estacional de la inclinación axial del planeta. El viento está dominado por una intensa y ancha corriente ecuatorial al nivel de la altura de las nubes que llegó a alcanzar velocidades de hasta 450 m/s en la época de los Voyager. A diferencia de Júpiter no son aparentes grandes vórtices estables aunque sí los hay más pequeños.

Las nubes superiores están formadas probablemente por cristales de amoníaco. Sobre ellas parece extenderse una niebla uniforme sobre todo el planeta producida por fenómenos fotoquímicos en la atmósfera superior (alrededor de 10 mbar). A niveles más profundos (cerca de 10 bar de presión) el agua de la atmósfera condensa probablemente en una capa de nubes de agua que no ha podido ser observada.

Corte vertical de la atmósfera de Saturno. La existencia de una niebla en altura y el estar dispuestas las capas de nubes en tres estratos o niveles distintos en un intervalo de unos 300 km, son la causa del bajo contraste que se observa en las bandas y zonas de Saturno. Al igual que en Júpiter, el color de las nubes da una indicación de su temperatura y altura. Los rasgos más bajos y calientes tienen una tonalidad azulada. A un nivel medio se situan las nubes con una coloración rojiza o parda, en tanto que las nubes más frías y altas son las de color blanco. Sin embargo, el verdadero color de las nubes puede quedar alterado al ser observados a través de la capa de niebla superior.

Al igual que en Júpiter ocasionalmente se forman tormentas en la atmósfera de Saturno algunas de las cuales han podido ser observadas desde la Tierra. En 1933 se observó una mancha blanca situada en la zona ecuatorial por el astrónomo aficionado W.T. Hay. Era lo suficientemente grande como para ser visible con un refractor de 7 cm, pero no tardó en disiparse y desvanecerse. En 1962 empezó a desarrollarse una nueva mancha, pero no llegó nunca a destacar. En 1990 se pudo observar una gigantesca nube blanca en el ecuador de Saturno que ha sido asimilada a un proceso de formación de grandes tormentas. Se han observado manchas similares en placas fotográficas tomadas durante el último siglo y medio a intervalos de aproximadamente 30 años. En 1994 se pudo observar una segunda gran tormenta de aproximadamente la mitad de tamaño que la producida en el año 1990.

La sonda Cassini ha podido captar varias grandes tormentas en Saturno, una de las mayores con rayos 10.000 veces más potentes que los de cualquier tormenta de la Tierra y que apareció el día 27 de noviembre de 2007, habiendo durado 7 meses y medio –lo que fue por un tiempo el récord de duración de una tormenta en el Sistema Solar -. Ésta tormenta apareció en el hemisferio S de Saturno, en una zona conocida como “callejón de las tormentas” por la elevada frecuencia con la que aparecen allí éstos fenómenos. Éste récord, sin embargo, ha sido batido por otra tormenta aparecida en la misma zona, que fue detectada en enero de 2009 y que a mediados de septiembre de ése año aún continuaba activa.

Las regiones polares presentan corrientes en chorro a 78ºN y 78ºS. Las sondas Voyager detectaron en los años 80 un patrón hexagonal en la región polar norte que ha sido observado también por el telescopio espacial Hubble durante los años 90. Las imágenes más recientes obtenidas por la sonda Cassini han mostrado el vórtice polar con gran detalle. Saturno es el único planeta conocido que posee un vórtice polar de estas características si bien los vórtices polares son comunes en las atmósferas de la Tierra o Venus.

En el caso del hexágono de Saturno los lados tienen unos 13.800 kilómetros de longitud (algo más del diámetro de la Tierra) y la estructura rota con un periodo idéntico al de la rotación planetaria siendo una onda estacionaria que no cambia su longitud ni estructura, como hacen el resto de nubes de la atmósfera. Estas formas poligonales entre dos y seis lados se han podido replicar mediante modelos de fluidos en rotación a escala de laboratorio.

Característica nube hexagonal en el polo norte, descubierta por Voyager 1 y confirmada en 2006 por Cassini.

Esta formación atmosférica fue fotografiada con anterioridad por las naves de la NASA Voyager 1 y 2 hace dos décadas. El hecho de que haya aparecido en las imágenes de Cassini indica que esta formación tiene cierta antigüedad. Un segundo hexágono, significativamente más oscuro que el otro antiguo y más brillante es también visible en las imágenes de Cassini. El Espectrómetro Visible e Infrarrojo de la nave (VIMS), es el primer instrumento que ha capturado la totalidad de la formación hexagonal en una sola imagen.

Una singular formación hexagonal en forma de panal de abeja que gira alrededor del polo norte de Saturno ha suscitado el interés de la comunidad científica a través de las nuevas fotografías ofrecidas por la nave Cassini.

“Esta es una extraña formación, cuyos seis lados rectos casi iguales yacen en una precisa forma geométrica”-dijo Kevin Baines, experto atmosférico y miembro del equipo del Espectrómetro Visible e Infrarrojo (VIMS) en el laboratorio de propulsión a chorro de la NASA en Pasadena, California. “Nunca hemos visto nada como esto en ningún otro planeta. En realidad, la espesa atmósfera de Saturno donde dominan los remolinos y las células convectivas, sea quizás el último lugar donde esperarías ver una figura geométrica de seis lados de esta envergadura, pero todavía está allí”

El hexágono es similar al vórtice polar terráqueo, el cual tiene vientos que soplan en patrones circulares alrededor de la región polar. En Saturno, el vórtice tiene una forma más hexagonal que circular. El hexágono tiene cerca de 25.000 Km de anchura, casi cuatro planetas Tierra cabrían dentro de él.

Las nuevas imágenes tomadas en luz infrarroja muestran que el hexágono se extiende mucho más profundo en la atmósfera de lo que previamente se esperaba, sobre 100 Kilometros bajo la capa superior de nubes. Un sistema de nubes yace dentro del hexágono. Las nubes parecen estar rebotando alrededor del mismo como los coches de una carrera de velocidad contra el muro.

“Es maravilloso ver la clase de diferencias asombrosas que existen en los polos de Saturno” – dijo Bob Brown, lider del equipo VIMS de Cassini de la Universidad de Arizona en Tucson. – “En el polo sur tenemos lo que parece ser un huracán con un ojo gigantesco, y en el polo norte tenemos esta formación geométrica que es completamente diferente”.

El Hexágono del polo norte de Saturno no puede ser visible por el rango visible de las cámaras de Cassini porque es invierno en esta área, por lo que el hexágono queda a cubierto por la larga noche polar, la cual dura ya cerca de 15 años. El Espectrómetro infrarrojo puede fotografiar Saturno tanto en condiciones diurnas como nocturnas, así como en profundidad. Se fotografió la formación en longitudes de onda cercanas a los 5 micrones (siete veces la longitud de onda visible por el ojo humano) durante un periodo de 12 días comenzando el 30 de Octubre de 2.006. Al tiempo que el invierno mengue a lo largo de los próximos dos años, la formación hexagonal podrá ser visible para las cámaras del espectro visible.

“Mediante la utilización de las diferentes longitudes de onda, el VIMS podrá rastrear la atmósfera de Saturno a diferentes profundidades”- dijo Angioletta Coradini, del Instituto de Física del Espacio Interplanetario (INAF, Italia), y miembro del equipo VIMS. “Gracias a las mediciones del VIMS podemos enlazar estructuras atmosféricas- como el vórtice hexagonal- con el balance energético de las capas superiores de las atmósferas planetarias”- continuó. “Con estas series de investigación – las primeras realizadas nunca en Saturno – estamos obteniendo información vital para comprender la dinámica atmosférica de los planetas gigantes en general”.

Basándose en las nuevas imágenes y en más información de las profundidades de la formación hexagonal de Saturno, los científicos piensan que no está unido a las emisiones de radio de Saturno o a la actividad de auroras, como se llegó a contemplar, aún cuando la aurora boreal de Saturno se produzca justo encima suya. Por lo tanto, hay todavía muchas cosas pendientes de hacer por los científicos para resolver este rompecabezas.

“Esto será posible gracias a la excepcional capacidad de los instrumentos sobre esta clase de sondeos de atmosferas planetarias y siguiendo su evolución en el tiempo con una visión en tres dimensiones”- añadió Coradini.”Como comparación, existe un instrumento similar (VIRTIS) colocado a bordo de la nave de la ESA Venus Express, la cual está suministrando la más detallada visión nunca mostrada del vórtice de doble ojo en el polo sur de Venus”.

El hexágono de Saturno parece haberse mantenido fijado con la rotación y el eje de giro del planeta desde que la Voyager lo vislumbrara hace 26 años. La rotación actual de Saturno es todavía incierta. “Una vez comprendamos su naturaleza dinámica, este antiguo y profundo hexágono polar puede darnos una pista de la verdadera rotación de la atmósfera profunda y quizás de su interior” – concluyó Baines.

Al contrario que el polo norte, las imágenes del polo sur muestran la presencia de una corriente de chorro, pero no vórtices ni ondas hexagonales persistentes. Sin embargo, la NASA informó en noviembre del 2006 que la sonda Cassini había observado un huracán en el polo sur, con un ojo bien definido. Ojos de tormenta bien definidos solo habían sido observados en la Tierra (incluso no se ha logrado observarlo en la Gran Mancha Roja de Júpiter por la sonda Galileo). Ése vórtice, de aproximadamente 8000 kilómetros de diámetro, ha podido ser fotografiado y estudiado con gran detalle por la sonda Cassini, midiéndose en él vientos de más de 500 kilómetros por hora.

La circulación atmosférica en Saturno es zonal y muy parecida a la de Júpiter, con una clara dependencia de la latitud. Las mayores velocidades se alcanzan en el ecuador, con velocidades de casi 1.800 km/h, más de dos veces superiores a los más intensos vientos jovianos. No se han observado asimetrías entre ambos hemisferios, al contrario de lo que ocurre en Júpiter con el gran "jet" de la NTBs. Sin embargo, tampoco puede afirmarse que no existan, pues son muy pocos los detalles que pueden seguirse en Saturno y hay regiones en que apenas se aprecian nubes individuales que sirvan para trazar los vientos.

Velocidad de los vientos de la atmósfera de Saturno en función de la latitud. Destaca respecto al de Júpiter por su mayor simetría entre ambos hemisferos y por la alta velocidad en el ecuador, con vientos de casi 470 m/s respecto al período de rotación radioeléctrico del planeta, el Sistema III. Este perfil es el más reciente y completo existente (A. Sánchez-Lavega, J.F. Rojas y P.V. Sada, Icarus 147, 405, 2000).

Puede llamar la atención el que en un planeta con una inclinación de 27° con respecto al plano de la órbita es decir, con estaciones muy marcadas, además de larguísimas noches que se abaten alternativamente sobre los polos con una duración de unos 14 años, la circulación sea zonal. Esto puede estar profundamente ligado a la estructura interna del planeta. Sin embargo, como veremos más adelante en otro apartado, existe una meteorología ligada a los cambios estacionales, que se manifiesta por la aparición de enormes tormentas convectivas y a un constante cambio en la estructura y distribución de las bandas y zonas.

Este perfil de vientos respecto a la latitud se considera que es constante o muy constante ya que se halla ligado al interior del planeta. En efecto, lo observado concuerda muy bien con la teoría de cilindros coaxiales propuesta por Busse.

El modelo de los cilindros coaxiales de Busse explica muy bien el perfil de vientos observado en Saturno. Al estar originados a muy grandes profundidades en el interior del planeta, al nivel de la capa de hidrógeno líquido, los vientos observados en la superficie son prácticamente invariables, pues haría falta una energía considerable para hacerlos cambiar, ya que poseen una inercia considerable. Otra cuestión es cómo explicar la existencia de tales cilindros.

La magnetosfera de Saturno es la zona creada en el flujo del viento solar, generada por el campo magnético del planeta. Descubierto en 1979 por la la nave espacial Pioneer 11, la magnetosfera de Saturno es la segundo más grande de cualquier planeta del Sistema Solar después de Júpiter.

La magnetopausa, el límite entre la magnetosfera de Saturno y el viento solar, se encuentra a una distancia de alrededor de 20 radios de Saturno desde el centro del planeta, mientras que su cola magnética se extiende cientos de radios detrás de él.

La magnetosfera de Saturno está llena de plasmas originados en el planeta y sus lunas. La fuente principal es la pequeña luna Encelado, que expulsa hasta 1.000 kg / s de vapor de agua por los géiseres de su polo sur, una parte de la cual se ioniza y es obligada a co-rotación por el campo magnético de Saturno. Esto carga el campo con 100 kg de iones de agua por segundo. El comportamiento de este plasma regula la dinámica de la magnetosfera.

Fenómenos de tipo aurora producidos en la atmósfera superior de Saturno y observados por el HST.

La interacción entre la magnetosfera de Saturno y el viento solar genera auroras ovaladas brillantes alrededor de los polos del planeta. Las auroras se relacionan con la radiación kilométrica de Saturno (SKR), que abarca el intervalo de frecuencias entre 100 kHz a 1300 kHz.

Inmediatamente después del descubrimiento en Júpiter de las emisiones de radio decamétricas, en 1955, se hicieron intentos para detectar una emisión similar en Saturno, pero con resultados no concluyentes. La primera evidencia de que Saturno podría tener un campo magnético generado internamente, se produjo en 1974, con la detección de las emisiones de radio débiles del planeta en la frecuencia de alrededor de 1 Mhz.

Estas emisiones de onda media se modulan con un período de unos 10 h 30 min, lo cual está cerca del período de rotación de Saturno. Sin embargo, la evidencia disponible en la década de 1970 no era demasiado concluyente y algunos científicos pensaron que Saturno podía carecer de un campo magnetico. La detección definitiva de ese campo magnético de Saturno, sólo se hizo el 1 de septiembre de 1979, cuando la Pioneer 11 pasó directamente por él y pudo medirlo.

Desde 1980-1981, la magnetosfera de Saturno fue investigada por las sondas espaciales Voyager 1 y 2.

En 2004, la Cassini entró en la órbita alrededor de Saturno y está investigando actualmente el planeta y su campo magnético.

Campo interno
Radio de Saturno	60.330 kilometros
Momento magnético	4,6 × 10¹⁸ T•m³
Intensidad de campo ecuatorial	21 microteslas (0,21G)
Inclinación del dipolo	<0,5 °
Periodo de rotación	? (variable)
Parámetros del viento solar
Velocidad	400 km / s
Fuerza FMI	0,5 nT
Densidad	0,1 cm^-3
Parámetros de la magnetosfera
Distancia del Arco de choque	30 R_s
Distancia de la Magnetopausa	16-23 R_s
Principales iones	O⁺, H₂O⁺, OH⁺, H₃O⁺, HO₂⁺ y O₂⁺ y H⁺
Fuentes de plasma	Encelado
Tasa de carga masiva	~ 100 kg / s
Máxima densidad del plasma	50-100 cm^-3
Aurora
Espectro	De radio, infrarrojo cercano y UV
Potencia total	1 TW
Frecuencias de emisión de radio	10-1300 kHz

Al igual que en la Tierra, el campo magnético de Saturno es sobre todo un dipolo, con los polos norte y sur en los extremos de un solo eje magnético. En Saturno, como en Júpiter, el polo norte magnético se encuentra en el hemisferio norte y el polo sur magnético se encuentra en el hemisferio sur, que es lo opuesto a la Tierra, donde el polo norte magnético se encuentra en el hemisferio sur. El campo magnético de Saturno tiene también tetrapolos, octapolos y más componentes, aunque se piensa que son mucho más débiles que el dipolo.

La intensidad del campo magnético en el ecuador de Saturno está a unos 21 microteslas (0,21G), que corresponde a un dipolo con un momento magnético de alrededor de 4,6 × 10¹⁸ T•m³. Esto hace que el campo magnético de Saturno sea ligeramente más débil que el de la Tierra, sin embargo, su momento magnético es unas 580 veces más grande. El dipolo magnético de Saturno está estrictamente alineado con su eje de rotación, lo que significa que el campo posee simetría axial. El dipolo está ligeramente desplazado (por 0.037 R_s) a lo largo del eje de rotación de Saturno hacia el polo norte.

El campo magnético de Saturno desvía el viento solar (un flujo de partículas ionizadas emitidas por el Sol) lejos de su superficie, evitando que interactuen directamente con su ambiente y en su lugar crea su propia región, llamada magnetosfera, compuesta por un plasma muy diferente del de el viento solar.

Al igual que con la magnetosfera de la Tierra, la frontera que separa el plasma del viento solar se llama magnetopausa. Se encuentra a una distancia de 16-23 R_s (R_s= 60.330 kilómetros es el radio de Saturno) de la superficie del planeta en el punto subsolar. La posición de la magnetopausa depende de la presión ejercida por el viento solar, que a su vez depende de la actividad solar.

En el lado opuesto del planeta, el viento solar estira las líneas del campo magnético de Saturno en una larga cola magnética, que consta de dos lóbulos, con el campo magnético en el lóbulo norte apuntando hacia afuera de Saturno y el sur apuntando hacia él. Los lóbulos están separados por una fina capa de plasma, llamada capa de corriente. Al igual que la Tierra, la cola de Saturno es un canal a través del cual el plasma solar entra en las regiones interiores de la magnetosfera, donde se calienta y forma una serie de cinturones de radiación.

La magnetosfera de Saturno se divide en cuatro regiones. 1) La región más interna, dentro de aproximadamente 3 R_s, tiene un campo magnético casi estrictamente bipolar. Este campo está asociado con los anillos planetarios de Saturno y está en gran parte desprovisto de plasma, que es absorbido por las partículas del anillo. 2) La región entre 3 y 7-8 R_s, la magnetosfera interior, contiene la mayor densidad de plasma en el sistema de Saturno. El plasma se origina en el interior de las lunas heladas y en particular de Encelado. El campo magnético en esta región es también casi bipolar. 3) La tercera región se encuentra entre 7-8 y 12-15 R_s y corresponde a una lámina de plasma o magnetodisk ampliado, donde el campo magnético se estira y no es dipolar. El plasma en el disco se limita a la lámina de plasma ecuatorial. 4) La región externa más allá de 15 R_s y hasta la frontera de la magnetopausa, se caracteriza por una baja densidad de plasma y un campo magnético no dipolar fuertemente influenciado por el viento solar.

La característica más notable de Saturno son sus anillos, que dejaron muy perplejos a los primeros observadores, incluido Galileo. Su telescopio no era tan potente como para revelar la verdadera naturaleza de lo que observaba y, por error de perspectiva, creyó que se trataba de dos cuerpos independientes que flanqueaban el planeta. Pocos años después, Saturno presentaba los anillos de perfil, y Galileo quedó muy sorprendido por la brusca desaparición de los dos hipotéticos compañeros del planeta. Por fin, la existencia del sistema de anillos fue determinada por Christiaan Huygens en 1659, con la ayuda de un telescopio más potente.

Conjunto completo de los anillos principales, fotografiado desde la perspectiva de la Cassini el 15 de septiembre de 2006, cuando Saturno eclipsó el sol (el brillo se ha exagerado en esta imagen).

Los anillos de Saturno se extienden en el plano ecuatorial del planeta desde los 6630 km a los 120.700 km por encima del ecuador de Saturno y están compuestos de partículas con abundante agua helada. El tamaño de cada una de las partículas varía desde partículas microscópicas de polvo hasta rocas de unos pocos metros de tamaño. El elevado albedo de los anillos muestra que éstos son relativamente modernos en la historia del Sistema Solar. En un principio se creía que los anillos de Saturno eran inestables a lo largo de periodos de tiempo de decenas de millones de años, otro indicio de su origen reciente, pero los datos enviados por la sonda Cassini sugieren que son mucho más antiguos de lo que se pensaba en un principio. Los anillos de Saturno poseen una dinámica orbital muy compleja presentando ondas de densidad, e interacciones con los satélites de Saturno (especialmente con los denominados satélites pastores). Al estar en el interior del límite de Roche, los anillos no pueden evolucionar hacia la formación de un cuerpo mayor.

Lista de los anillos y divisiones más importantes

Nombre	Distancia al centro de Saturno (km)	Anchura (km)	Nombrado en honor
Anillo D	67.000 - 74.500	7.500
Anillo C	74.500 - 92.000	17.500
División de Colombo	77.800	100	Giuseppe "Bepi" Colombo
División de Maxwell	87.500	270	James Clerk Maxwell
Anillo B	92.000 - 117.500	25.500
División de Cassini	117.500 - 122.200	4.700	Giovanni Cassini
División de Huygens	117.680	285-440	Christiaan Huygens
Anillo A	122.200 - 136.800	14.600
División de Encke	133.570	325	Johann Encke
División de Keeler	136.530	35	James Keeler
Anillo R/2004 S 1	137.630	?
R/2004 S 2	138.900	?
Anillo F	140.210	30-500
Anillo H?	151.450	?
Anillo G	165.800 - 173.800	8.000
Anillo E	180.000 - 480.000	300.000

El cuerpo principal del sistema de anillos de Saturno incluye los brillantes anillos A y B, de escasa opacidad. Media entre uno y otro una franja de 5.000 kilómetros: la División de Cassini, región relativamente transparente, aunque no vacía en absoluto. El cuerpo principal del sistema de Saturno comprende también el anillo C, más débil y menos opaco, que queda dentro del borde interior del anillo B. Tiene un grado de opacidad comparable al de la División de Cassini. El todavía más débil anillo D queda dentro del anillo C. Antes de que los Voyager pasaran por la proximidad de Saturno se había reconocido ya la configuración estructural en los anillos del planeta A, B, C y D, observables desde la Tierra, así como las Divisiones de Cassini y de Encke. Tomados en su conjunto, los principales anillos de Saturno (A, B y C) miden unos 275.000 kilómetros de anchura anular, lo que representa tres cuartas partes de la distancia que separa la Tierra de la Luna. El anillo A está dividido en dos partes por la División de Encke.

Las fotografías de los anillos con alta resolución, tomadas por los vehículos espaciales Voyager y Cassini aportaron muchas novedades:

La División de Cassini fotografiada desde la nave espacial Cassini. La brecha de Huygens se encuentra en el borde derecho. La brecha de Laplace está hacia el centro.

La parte del anillo exterior a la División de Encke muestra un débil grupo de bandas. Las bandas están más apretadas hacia la órbita del satélite Prometeo, que se descubrió en las imágenes tomadas por el Voyager 1. Se cree que las bandas se producen por resonancias en el anillo debidas a los efectos gravitatorios del satélite. El borde del anillo A lo mantiene el satélite pastor Atlas.

Además, los satélites Prometeo y Pandora, son los satélites pastores interior y exterior respectivamente que dan forma al anillo F de Saturno que tiene 80 km de anchura.

La mayoría de los huecos en los anillos de Saturno están causados por la presencia de satélites pastores. Mimas, por ejemplo, es responsable de la existencia del mayor de ellos, la División de Cassini.

En comparación, el espesor de los anillos de Saturno resulta despreciable. El límite superior de su extensión vertical se ha estimado en alrededor de un kilómetro. En relación con su anchura, los anillos son miles de veces más delgados que una hoja de afeitar.

Representaciones artísticas de los agregados de partículas de hielo que forman parte de los anillos.

La capacidad de los anillos para reflejar o absorber luz de diferentes longitudes de onda permite deducir información sobre la composición de las partículas de los Anillos de Saturno. Por ejemplo, los anillos A, B y C son malos reflectores de la luz del Sol para ciertas longitudes de onda del infrarrojo próximo. Por tratarse de una propiedad característica del hielo, cabe presumir que el hielo es un constituyente importante de las partículas que forman esos anillos. Pero es un hielo de color blanco, lo que significa que es más o menos igualmente reflector para todas las longitudes de onda en el visible. Por el contrario, las partículas de los anillos A, B y C son menos reflectores en luz azul que en luz roja. Quizás hay alguna sustancia adicional presente en pequeñas cantidades; polvo tal vez, que portara óxido de hierro como fuente del color rojizo. También se ha propuesto la hipótesis de que ciertos compuestos generados por la radiación ultravioleta del Sol fueran los responsables del color rojizo.

Los anillos de Saturno, vistos usando un Espectrógrafo de Imágenes Ultravioletas.

En 1973, se exploraron los anillos de Saturno con ondas de radar (de longitud de onda del orden de centímetros) cuya reflexión detectaron con la antena de 64 metros de la Red de Espacio Profundo en Goldstone, California. La alta reflectividad de los anillos A y B implicaba que la mayoría de las partículas de esos dos anillos eran al menos de un tamaño comparable a la longitud de onda del radar, es decir, del orden de centímetros. Si las partículas hubieran sido menores que las longitudes de onda del radar, habrían resultado transparentes a las ondas de éste. Si hubieran sido mucho mayores, se habría apreciado la emisión de radiación térmica. El bajo nivel de tal radiación limita su tamaño a no más de algunos metros.

Los datos de los vehículos espaciales Voyager han confirmado estos descubrimientos. En un tipo de experimento se enviaron radio-ondas desde el vehículo espacial a la Tierra, a través de los anillos, y se midió la potencia difundida por las partículas de los anillos para varios ángulos de desviación respecto al trayecto inicial de las ondas.

Así como la difusión de las ondas de radar por las partículas en los anillos hace posible detectar partículas del orden del tamaño de la longitud de onda del radar, la difusión de la luz solar permite detectar partículas del tamaño de una longitud de onda de la luz visible. El intenso incremento de brillo de un segmento del anillo, cuando se contempla bajo un ángulo para el que la difusión hacia delante es pequeña, implica que, en ese segmento, abundan las partículas de un micrómetro de magnitud.

Observación que sólo puede acometerse cuando Saturno queda entre el Sol y el astrofísico. Esta condición no se puede cumplir para observaciones verificadas desde la Tierra, pero sí a bordo de un vehículo espacial. Así, los estudios de los datos de los Voyager señalan que las partículas de tamaños del orden de un micrómetro constituyen una proporción grande de las partículas en el anillo F, una proporción apreciable en muchas partes del anillo B y una proporción menor en la parte externa del anillo A. Por otra parte, el anillo C y la división de Cassini no presentan rastros de tales partículas pequeñas.

La difusión de la luz o de alguna otra forma de radiación electromagnética por las partículas de un anillo permite deducir el tamaño de las partículas que abundan en el anillo:

Saturno ha sido conocido desde tiempos prehistóricos. En la antigüedad, era el más distante de los cinco planetas conocidos en el Sistema Solar (con exclusión de la Tierra) y por lo tanto un personaje importante en diversas mitologías. En la mitología romana, el dios Saturnus, por quien el planeta lleva su nombre, era el dios de la agricultura y las cosechas. Los romanos consideraban a Saturno el equivalente del Dios griego Cronos. Los griegos habían hecho del planeta más alejado un tributo a Cronos y los romanos siguieron el ejemplo.

En la Astrología hindú hay nueve objetos astrológicos, conocidos como Navagrahas. Saturno, uno de ellos, se conoce como "Sani" o "Shani, "El Juez”, que juzga a todos por sus obras.

En las antiguas culturas china y japonesa se designó al planeta Saturno como estrella de la Tierra. En esto se basa los Cinco Elementos que tradicionalmente se utilizan para clasificar los elementos naturales.

En la antigua cultura hebrea, Saturno se llama 'Shabbathai. Su ángel es Cassiel. Su inteligencia, o espíritu beneficioso, es Agiel (layga), y su espíritu (aspecto más oscuro) es Zazel (lzaz).

Los anillos de Saturno requieren por lo menos un telescopiode 15 mm de diámetro, y por lo tanto no se sabía que existían hasta que Galileo los vio por primera vez en 1610. Pensaba en ellos como en dos lunas de Saturno. No fue sino hasta Christiaan Huygens, que utilizó una mayor ampliación telescópica, que esta idea fue refutada. Huygens también descubrió la luna de Saturno, Titán. Algún tiempo después, Giovanni Domenico Cassini descubrió otras cuatro lunas: Jápeto, Rea, Tetis, y Dione. En 1675, Cassini también descubrió la brecha conocida como “División de Cassini”.

No hubo más descubrimientos de importancia hasta 1789, cuando William Herschel descubrió dos lunas nuevas, Mimas y Encélado. El satélite de forma irregular Hyperion, que tiene una resonancia con Titán, fue descubierto en 1848 por un equipo británico.

En 1899 William Henry Pickering descubrió Phoebe, un gran satélite irregular que no rota sincrónicamente con Saturno como hacen las grandes lunas. Phoebe fue el primero de estos satélites encontrados.

Durante el siglo XX, la investigación sobre Titán condujo a la confirmación en 1944 de que había una atmósfera densa, una característica única entre las lunas del sistema solar.

Los anillos de Saturno se observaron por primera vez en julio de 1610. Le cupo tal mérito a Galileo Galilei. En parte porque las imágenes que daba el recién inventado telescopio, eran de mala calidad; para aquel entonces, y en parte porque hacía sólo unos meses que había descubierto los cuatro mayores satélites de Júpiter, pensó inicialmente que las estructuras borrosas, parecidas a orejas, que había visto, eran dos satélites próximos a Saturno. Pronto cambió de opinión. Aquellos "extraños apéndices" no variaban su posición respecto a Saturno de una noche a la siguiente y, además, desaparecieron en 1612. Sucedió que los anillos habían quedado orientados con su plano según la visual desde la Tierra en 1612 y con ello se habían hecho muy débiles. La geometría de los apéndices dejó perplejos a los astrónomos, hasta el punto de llegarse a proponer que se trataba de asas unidas a Saturno o que constaban de varios satélites en órbita solamente alrededor de la parte posterior de Saturno, por lo que nunca arrojaban sombra sobre el planeta.

Finalmente, en 1655, Christiaan Huygens sugirió que los apéndices eran el signo visible de un disco de materia delgado y plano, separado del planeta y dispuesto en el plano ecuatorial de éste. Dependiendo de cuáles fueran las posiciones de Saturno y de la Tierra en sus respectivas órbitas alrededor del Sol, la inclinación del disco respecto a la Tierra variaría; de ahí que su apariencia variase también desde la de una delgada línea hasta la de una ancha elipse. El ciclo de los anillos al igual que la órbita del planeta Saturno duraba 30 años.

Durante los dos siglos siguientes se supuso que el disco era una capa continua de materia. La primera objeción contra la hipótesis no tardaría, sin embargo, en plantearse. En 1675, Giovanni Cassini halló una oscura banda (la división que lleva su nombre) que separaba el disco en dos anillos concéntricos.

A finales del siglo XVIII, Pierre-Simon Laplace mostró que bastarían las fuerzas combinadas de la gravedad en el planeta Saturno y la rotación del disco para desgarrar una capa única de materia. En principio, cualquier partícula del disco mantiene su distancia radial desde Saturno porque hay dos fuerzas que se equilibran. La gravedad tira de la partícula hacia dentro; la fuerza centrífuga la empuja hacia fuera. La fuerza centrífuga procede de la velocidad de rotación; de aquí que el disco haya de estar girando. Ahora bien, en el caso de un disco en rotación rígida, las fuerzas se equilibran solamente para una cierta distancia radial. Por ello, Laplace propuso la hipótesis de que los anillos de Saturno estaban formados por muchos anillos delgados, lo suficiente cada uno de ellos para soportar el ligero desequilibrio de fuerzas que aparecería a lo largo de su anchura radial.

El último paso hacia la visión moderna de los anillos se dio en 1857, cuando James Clerk Maxwell ganó el Premio Adams de la Universidad de Cambridge por su demostración matemática de que los anillos delgados estaban formados en realidad por numerosas masas pequeñas que mantenían órbitas independientes. La comprobación experimental de esta hipótesis llegó en 1895, cuando los astrónomos estadounidenses James E. Keeler y William W. Campbell dedujeron la velocidad de las partículas en los anillos a partir de su desplazamiento Doppler, o modificación de la longitud de onda de las líneas espectrales de la luz del Sol que las partículas reflejan hacia la Tierra. Encontraron que los anillos giraban alrededor de Saturno a una velocidad distinta de la de la atmósfera del planeta. Además, las partes internas de los anillos giraban a mayor velocidad que las externas, según prescribían las leyes de la física para partículas en órbitas independientes.