Saturne est l'une des quatre planètes géantes du Système solaire. Elle ressemble beaucoup à Jupiter. Un coeur rocheux se cache au centre de cette grosse boule vaporeuse dont les couches internes sont constituées d'hydrogène liquide. Dans les régions supérieures, l'hydrogène est à l'état gazeux. Il forme une atmosphère des nuages étalés en bandes parallèles comme sur Jupiter. Mais, en comparaison, une couche de brume de cristaux d'ammoniac située en altitude atténue les contrastes sur les images de la planète.

Atmosphère.
L'atmosphère de Saturne, extrêmement épaisse, est dominée à plus de 96% par l'hydrogène moléculaire et à environ 3% par l'hélium, avec des traces de méthane, d'ammoniac, de vapeur d'eau et d'autres hydrocarbures qui lui donnent sa teinte dorée et brumeuse. Sa structure verticale est définie par des variations de température et de pression, formant plusieurs couches distinctes, avec une pression de référence de 1 bar fixée à 100 km sous la tropopause. La troposphère est la région des phénomènes météorologiques intenses, où se forment les trois couches de nuages principaux : les nuages supérieurs de glace d'ammoniac, les nuages intermédiaires d'hydrosulfure d'ammonium et les nuages inférieurs de glace d'eau, dont les températures varient d'environ -250°C à 0°C. La stratosphère surplombe la troposphère et abrite notamment de l'eau en très faible quantité, provenant probablement des geysers de la lune Encelade. Plus haut, la thermosphère présente des températures surprenantes de 600 à 1000 K, bien supérieures à ce que le seul rayonnement solaire pourrait produire, ce qui suggère l'existence de mécanismes de chauffage supplémentaires. Cette atmosphère dynamique est le théâtre de phénomènes spectaculaires, comme des vents atteignant 1800 km/h qui génèrent des bandes nuageuses parallèles, des orages et des éclairs. On y observe également des tempêtes géantes périodiques, comme la Grande Tache Blanche qui apparaît environ tous les 30 ans, et la curieuse structure nuageuse hexagonale qui ceinture le pôle nord.
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Structure hexagonale autour de son pôle
Nord de Saturne. Cette "structure dissipative" est la
conséquence des phénomènes thermodynamiques 
dont l'atmosphère de la planète est le siège. 
(source : Nasa / JPL).

Magnétosphère.
La magnétosphère de Saturne, deuxième plus vaste du Système solaire après celle de Jupiter, est la région de l'espace où le champ magnétique de la planète domine. Ce champ est généré par l'effet dynamo de l'hydrogène métallique liquide en mouvement dans les couches internes. Il est principalement dipolaire et présente la particularité d'être presque parfaitement aligné avec l'axe de rotation de la planète. Bien que moins intense que celui de Jupiter, le champ magnétique à la surface de Saturne reste environ 560 fois plus puissant que celui de la Terre. La magnétopause, frontière avec le vent solaire, se situe en moyenne à environ 22 rayons saturniens du côté du Soleil, une distance qui fluctue en fonction de l'activité solaire. La magnétosphère est principalement remplie de plasma, un gaz ionisé, dont la source majeure est la lune Encelade. Les geysers de ce satellite éjectent jusqu'à 600 kg de vapeur d'eau par seconde, une partie étant ionisée et piégée par le champ magnétique. Ce plasma, composé d'ions O⁺, H2O⁺, OH⁺ et d'autres, se déplace depuis l'intérieur de la magnétosphère vers sa queue, formant un tore de plasma dense dans les régions internes. L'interaction entre la magnétosphère et le vent solaire génère de puissantes aurores polaires, visibles dans les domaines ultraviolet, infrarouge et visible, dont la puissance est modulée par la rotation de la planète. Saturne possède également une ceinture de radiation où des particules chargées, provenant en partie des rayons cosmiques et des interactions avec les lunes, atteignent des énergies de plusieurs mégaélectronvolts.

Anneaux.
Bien que toutes les planètes géantes possèdent des anneaux, les anneaux de Saturne sont très brillants et en font l'astre la plus spectaculaire du Système solaire. Depuis la Terre, sept anneaux seulement semblent entourer Saturne. Mais les sondes Voyager en ont découvert plusieurs milliers. Ces anneaux sont très fins. Moins d'un kilomètre. Ils sont constituées de petits blocs de roche recouverts de glace. Comme ceux des autres planètes géantes, ils ont peut-être commencé à se former, il y a très longtemps, à partir de la désagrégation d'une petite lune. Celui-ci évoluant trop près de la planète aurait vu sa vitesse s'accélérer. La force centrifuge et la force de gravitation seraient alors devenues énormes. Chacune tirant en sens contraire, elles auraient finit par faire éclater le satellite. Les morceaux se seraient ensuite éparpillés en anneaux.
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Le satellite Téthys et une portion des anneaux de Saturne.
Source : NASA / mission Cassini.

La mission Cassini-Huygens, arrivée en orbite en 2004 et achevée en 2017, a fourni une moisson de données inégalée. Les anneaux de Saturne, longuement étudiés, ont révélé une dynamique d'une complexité stupéfiante. Les mesures finales de la sonde, lors de sa plongée entre la planète et les anneaux, ont permis de déterminer que ces derniers sont étonnamment jeunes (âgés de seulement 10 à 100 millions d'années) et très massifs, principalement composés de glace d'eau pure. Cassini a également observé de minuscules lunes "bergères" interagir avec les anneaux en créant des sillons et des vagues dans la glace.

Satellites.
Plus de vingt lunes tournent autour de Saturne. La plus importante, Titan, est très rocheuse. Ce corps apparaît, comme une étoile de huitième ou de neuvième magnitude, et il a été découvert le premier, en 1655. Les autres sont sensiblement plus petits. Japet et Rhéa ne brillent déjà plus que comme des étoiles de dixième magnitude, Tethys et Dioné, de onzième. Encelade et Mimas ont exigé, pour être discernés, des lunettes d'au moins 12 pouces et avec Hypérion, qui n'a été découvert qu'au milieu du XIX^e siècle, on descend à la quatorzième magnitude. Quant au neuvième satellite, que son inventeur, W. H. Pickering, a baptisé assez malencontreusement du nom de Phoebé, déjà donné par les poètes à notre Lune, il a été révélé par la comparaison de cinq épreuves photographiques prises à l'observatoire de Flagstaff (Arizona), sous un ciel très pur, mais son existence est restée durablement problématique. Personne ne le retrouvait!

Tous ces corps, qui ont été les premiers connus, peuvent être assimilés (à l'exception notable de Titan) à de grosses boules de glace. Quant à la cohorte des tout petits, leur forme irrégulière suggère qu'il s'agit, pour la plupart, d'astéroïdes capturés par l'attraction gravitationnelle de Saturne. On notera que certains satellites de la planète, comme Téthys, Calypso et Télesto, circulent sur la même orbite. Mais comme ils tournent à la même vitesse, ils ne se rattrapent jamais. Autre curiosité : deux lunes minuscules, appelées les gardiens, se déplacent de part et d'autre de l'un des anneaux extérieurs de la planète. Peut-être empêchent-ils celui-ci de se disperser.
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Quand Saturne éclipse le Soleil... photo prise par la sonde Cassini en septembre 2011, lors d'un passage dans l'ombre de la planète géante. Source  : NASA / Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA.

L'exploration de Titan par Cassini-Huygens et l'atterrissage de la sonde Huygens en 2005 ont révélé un monde doté d'une météorologie active et d'un cycle hydrologique complet, mais basé sur le méthane et l'éthane plutôt que sur l'eau. On y trouve des lacs, des rivières et des mers d'hydrocarbures liquides aux pôles, ainsi que d'immenses dunes de sable organique à l'équateur. Cassini a également prouvé que Titan possède un océan d'eau liquide et salée sous sa croûte glacée, ce qui en fait un monde d'une diversité géologique et chimique fascinante.

L'autre révélation majeure de la mission Cassini-Hugens concerne la petite lune Encelade. La sonde a survolé d'imposants geysers de glace et de vapeur d'eau jaillissant de son pôle Sud, prouvant l'existence d'un océan global sous sa surface. L'analyse de ces panaches a montré qu'ils contiennent des molécules organiques complexes et de la silice, indiquant la présence de sources hydrothermales actives au fond de cet océan.