L'esatto periodo di rotazione di Saturno è ancora poco chiaro. I riferimenti sulla sua superficie sono deboli e sfumati lungo le linee di longitudine per cui, a differenza del caso di Giove, non aiutano a determinare il periodo di rotazione. Prima degli incontri ravvicinati delle prime sonde spaziali, il periodo di rotazione era stato stimato con altri metodi pari a un valore di 10 ore e 15 minuti.
Le sonde planetarie hanno osservato i periodi di rotazione di varie radiosorgenti, che si suppone che ruotino insieme al campo magnetico, solidale col pianeta. Le osservazioni del Voyager verso il 1980 hanno fornito un valore di 10 ore e 39 minuti, quelle della sonda "Cassini" nel 2004, 10 ore e 45 minuti. Se l'asse magnetico di Saturno fosse inclinato rispetto al suo asse di rotazione, come nel caso di Giove (pari a circa 9,6 gradi), si potrebbe osservare una "oscillazione" nella direzione del campo equatoriale osservato, che segue il periodo di rotazione. Tuttavia, anche se vi fosse una inclinazione dell'asse magnetico di Saturno, sarebbe troppo piccola per essere osservata, per cui questo metodo non può essere usato.
Saturno possiede 34 lune con un nome ufficiale, tra cui Titano, circa delle dimensioni di Ganimede (una delle lune di Giove), ma più grande del pianeta Mercurio. A causa della sua distanza dal Sole (circa 10 volte maggiore rispetto a quella della Terra), Titano è estremamente freddo e ha "oceani" di metano liquido, di cui sono state ottenute mappe dalla sonda spaziale Huygens che vi si è posata il 14 Gennaio 2005, nell'ambito della missione europea Cassini.
Altre lune includono la piccola Mimas, di circa 500 Km di diametro, appena al limite perché un satellite possa essere sferico. Una sua caratteristica notevole è il gigantesco cratere "Herschel", la cui osservazione non può fare a meno di evocare (almeno per chi ha visto il film "Guerre stellari") la "Stella della Morte" nel film. E poi vi è Giapeto, con strani segni sulla superficie, metà della quale ricoperta di un certo materiale molto scuro. Nel romanzo di Arthur Clarke e nel film "2001 - Odissea nello spazio", Giapeto è la destinazione dell'astronave inviata dalla Terra per cercare la sorgente di un misterioso segnale, associato con il monolito nero, trovato sulla Luna. Vi si troverà lì un passaggio verso una strana e misteriosa parte dell'universo, che il film alla fine lascia senza spiegazione.
Gli anelli di Saturno
Saturno è senza dubbio famoso soprattutto per gli anelli disposti attorno al suo piano equatoriale. Sappiamo oggi che anche Giove, Urano e Nettuno possiedono degli anelli, ma essi sono stretti e filiformi, mentre gli anelli di Saturno sono larghi e ne costituiscono una caratteristica ineguagliabile. Galileo nel 1610 ne fu incuriosito e ne rimase perplesso, poiché i suoi telescopi mostravano soltanto delle immagini piccole e distorte: forse, egli pensò, il pianeta è affiancato da una coppia di lune giganti, o da "maniglie". Due anni dopo, la confusione aumentò perché gli anelli sparirono - la Terra si era posizionata in modo da vederli di profilo, ed essi erano troppo sottili per essere osservati.
Nel 1655 Christiaan Huygens, lo scienziato olandese a cui si attribuisce anche la scoperta di Titano, la teoria delle onde luminose, l'orologio a pendolo ed altro, diede la spiegazione corretta. La sua corretta interpretazione non fu subito resa pubblica, ma invece Huygens stuzzicò gli astronomi con un anagramma in cui aveva nascosto le sue conclusioni, sfidandoli a risolverlo. L'anagramma in latino aveva la forma (si può vedere questo sito in inglese dove è narrata l'intera storia):
"aaaaaaacccccdeeeeehiiiiiiillllmmnnnnnnnnnooooppqrrstttttuuuuu"
e la sua soluzione era:
"Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato"
cioè "è circondato da un sottile anello piatto, che non lo tocca mai ed è inclinato rispetto all'eclittica". Ma nessuno riuscì a risolvere l'anagramma.
Se l'anello fosse solido, le sue parti a diverse distanze cercherebbero di orbitare con diverse velocità (terza legge di Keplero) e rapidamente l'anello sarebbe frantumato. Invece, sembra che l'anello sia costituito da piccoli ciottoli, ciascuno orbitante con un diverso periodo. Quando queste orbite entrano "in risonanza" con quella di qualche satellite, avvengono delle forti interazioni, generando delle regioni vuote. La più famosa è l'ampia divisione di Cassini, scoperta nel 1675 dall'italiano Gian Domenico Cassini, direttore dell'Osservatorio di Parigi e capostipite di una dinastia di astronomi.
Per questo motivo, la missione verso Saturno, lanciata nel 1997 dalla NASA-ESA e che ha raggiunto il pianeta nel Luglio del 2004, è stata chiamata "Cassini", mentre la piccola sonda lanciata da essa verso il satellite Titano il giorno di Natale del 2004 è stata chiamata Huygens, dal nome dello scopritore del satellite.
Perché gli anelli? Immaginiamo un satellite in orbita costituito da un liquido (che non evapori). Due sono le forze che agiscono su di esso. La gravità del corpo centrale tende a mantenerlo tutto insieme in un'orbita con un singolo periodo corrispondente al suo centro di massa (o baricentro), mentre il gradiente della gravità tende a romperlo, con le parti più vicine al centro che orbiterebbero più rapidamente. La forza di gravità propria del satellite si oppone a questa rottura: nel bordo più vicino al pianeta centrale, questa gravità indebolisce la trazione in quella direzione, mentre nel bordo più lontano, dove la gravità che controlla l'orbita è più debole, tende a rinforzarla. È sufficiente tutto questo a impedire la rottura?
Nel 1848 l'astronomo francese Edouard Roche dimostrò che la risposta dipende dalla distanza dal centro di attrazione (e anche dalla densità del fluido). Al di sotto di una distanza, chiamata "limite di Roche", il corpo si frantumerà, mentre a distanze maggiori è possibile una rotazione stabile. La forza di gravità su scala astronomica può essere piuttosto potente, così che è improbabile trovare grandi lune solide all'interno del limite di Roche di un pianeta. Il bordo più esterno degli anelli di Saturno è in effetti vicino al limite di Roche. Sono state osservate piccole lune (di 50 Km o meno) all'interno degli anelli (modificandone la struttura), ma oltre quelle piccole distanze, la coesione solida prevale ancora sul gradiente gravitazionale.
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