Saturn otoczony jest dyskiem skał i fragmentów lodu poruszających się po koncentrycznych, zbliżonych do kołowych orbitach w płaszczyźnie równikowej planety. Dysk widziany krawędzią jest niezwykle cienki – w niektórych miejscach ma tylko kilkadziesiąt metrów. Widziany z przodu, dysk wygląda jak liczne koncentryczne pierścienie, ze względu na systematyczne zmiany właściwości dysku w funkcji odległości od planety. Pierścienie można scharakteryzować szeregiem parametrów, z których jednym jest średnia separacja pomiędzy fragmentami składowymi.
Cząstki pierścieniowe
Naukowcy używają ogólnego terminu „cząstki” w odniesieniu do składników układu pierścieni planetarnych. Chociaż „cząstka” sugeruje coś bardzo małego, największymi obiektami w pierścieniach Saturna są spore skały lub kawałki lodu – często o średnicy wielu metrów. Obecne jest całe spektrum rozmiarów cząstek, od tych dużych obiektów po ziarna pyłu. Liczba cząstek o danej wielkości jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do masy cząstek: innymi słowy, małe cząstki są liczniejsze niż duże.
Ile materii jest w pierścieniach?
Gęstość pierścieni Saturna jest bardzo zróżnicowana: jest to jeden z powodów widocznego prążkowania pierścieni. Najłatwiejszym parametrem do bezpośredniego obliczenia jest gęstość powierzchniowa mierzona w gramach na centymetr kwadratowy. Można to podzielić przez grubość pierścienia, aby uzyskać gęstość objętościową w gramach na centymetr sześcienny. Inną właściwością, którą naukowcy mogą zmierzyć, jest głębokość optyczna, która wskazuje, jak nieprzezroczyste lub przezroczyste są pierścienie. Głębia optyczna jest funkcją gęstości powierzchniowej i wielkości cząstek, więc tę ostatnią można wywnioskować - nawet jeśli nie jest obserwowana bezpośrednio - z pomiarów gęstości i głębokości optycznej.
Odległość między cząstkami pierścienia
W porównaniu z większością innych obiektów astronomicznych, cząstki lodu i skał w pierścieniach Saturna są bardzo blisko siebie. Średnio około 3 procent całkowitej objętości dysku zajmują cząstki stałe, podczas gdy reszta to pusta przestrzeń. Może to wydawać się małe, ale oznacza to, że typowa odległość między cząstkami jest tylko nieco ponad trzy razy większa od ich średniej średnicy. Przyjmując wartość 30 centymetrów dla tego ostatniego, skały byłyby tak blisko siebie, jak jeden metr od siebie. Nie ma jednak sztywnych i szybkich reguł ze względu na różnice w gęstości pierścieni i szerokie spektrum rozmiarów cząstek.
Bliskie spotkania
Bliskie sąsiedztwo cząstek pierścienia powoduje, że zderzenia między nimi występują dość często, prowadząc do rozproszenia energii kinetycznej. Skumulowany efekt niezliczonych zderzeń w przeszłości można zaobserwować w podobnej do brzytwy grubości dysku i niemal kołowości orbit cząstek. Oprócz fizycznych zderzeń cząstki oddziałują ze sobą grawitacyjnie, a także z samym Saturnem i jego licznymi satelitami. Wiele drobnych struktur widocznych w pierścieniach Saturna można wyjaśnić takimi oddziaływaniami grawitacyjnymi.