Utforskning av Saturn

Utforskningen av Saturn har hatt tre hovedfaser. Den første æraen var i antikken (med det blotte øye), før de moderne teleskopene. Fra det 17. århundre ble det utført mer progressive og avanserte teleskopiske observasjoner fra jorden. Den andre typen er besøk av romsonder, enten ved forbiflyvning eller en plassering i bane. I det 21. århundre fortsatte observasjonene fra jorden (eller observatorier i bane rundt jorden) og fra Cassinis banesonde ved Saturn.

Antikkens observasjoner

Saturn har vært kjent siden førhistorisk tid. I antikken var det den fjerneste av de fem kjente planetene i solsystemet (ikke medregnet jorden) og dermed en viktig skikkelse i ulike mytologier. Babylonske astronomer observerte og registrerte Saturns bevegelser systematisk. I den romerske mytologien var Saturnus guden for jordbruk, og romerne betraktet som likeverdig med den greske guden Kronos. Grekerne gjorde den ytterste planeten hellig til Kronos, og romerne fulgte opp med å gjøre den hellig til Saturnus. I det moderne Hellas har planeten fortsatt sitt antikke navn Kronos (Κρόνος).
Grekeren Klaudios Ptolemaios som var bosatt i Alexandria, observerte en opposisjon med Saturn som basis for hans fastsettelse av planetens baneelementer.  Hinduistisk astrologi opererer med ni astrologiske objekt, kjent som Navagrahaene. Blant disse er Saturn kjent som «Shani» (sanskrit: शनि, kannada: ಶನಿ Śani, tamil: சனி, Caṉi), og dømmer alle basert på gode og onde gjerninger utført i livet. Antikkens kinesiske kultur utpekte Saturn som «jordens stjerne» (kinesisk: 土星, pinyin: Tŭxīng, kantonesisk: Tousing), basert på de fem elementene som tradisjonelt ble brukt for å klassifisere de fem naturlige elementer. Denne navneformen brukes også i Korea (hangul: 토성, revidert romanisering: Toseong) og på japansk (Dosei). I antikkens hebraisk ble Saturn kalt Shabbathai.

Europeiske observasjoner (17.–19–århundre)

Saturns ringer krever minst et teleskop med diameter på 15 mm for å kunne sees og ble derfor ikke oppdaget før Galileo Galilei først oppdaget dem i 1610. Han tenkte imidlertid på dem som to måner til Saturn. Da Christiaan Huygens brukte en større teleskopisk forstørrelse, ble dette tilbakevist. Huygens oppdaget også månen Titan, mens Giovanni Cassini noe senere oppdaget de fire månene Iapetus, Rhea, Tethys og Dione. I 1675 oppdaget Cassini et gap som i dag er kjent som Cassini-delingen.
I 1789 oppdaget William Herschel ytterligere to måner – Mimas og Enceladus. Den irregulært formede månen Hyperion ble oppdaget av et britisk lag i 1848. Hyperion har en resonans med Titan.
I 1899 oppdaget William Henry Pickering Phoebe – en svært irregulær måne som ikke roterer synkront med Saturn slik de større månene gjør. Phoebe var den første av denne typen som ble funnet, og bruker over ett år på å gå i bane rundt Saturn i en retrograd bane. I løpet av det tidlige 20. århundre førte utforskning av Titan i 1944 til bekreftelsen på at den hadde en tykk atmosfære – en unik egenskap blant månene i solsystemet.

Forbiflyvning med Pioneer 11

I september 1979 passerte Pioneer 11 20 000 km over Saturns skytopper. Bilder ble tatt av planeten og noen av månene, men oppløsningen var for lav til å skjelne overflatedetaljer. Romsonden studerte også ringsystemet, og avslørte den tynne F-ringen og det faktum at de mørke gapene er lyse når de ses ved høy fasevinkel (mot solen). Det vil si at de inneholder fint lysspredende materialer. Pioneer 11 utførte også temperaturmålinger av Titan.

Forbiflyvning med Voyager

I november 1980 besøkte Voyager 1-sonden Saturn-systemet. Den sendte tilbake de første høyoppløste bildene av planeten, sammen med bilder av ringene og måner. Formasjoner på overflaten til forskjellige måner ble dermed sett for første gang. En nærpassering av Titan bidro til økt kunnskap om månens atmosfære. Den beviste at Titans atmosfære er ugjennomtrengelig i synlige bølgelengder, så ingen overflatedetaljer ble sett. Forbipasseringen endret banen ut av solsystemets plan.
I august 1981 fortsatte Voyager 2 studien av Saturn-systemet. Flere nærbilder av månene ble tatt, og det ble samlet beviser for endringer i atmosfæren og ringene. Dessverre satte sondens vendbare kamera seg fast i to dager under forbiflyvningen, så noen planlagte bilder gikk tapt. Saturns gravitasjon ble brukt for å rette sondens bane mot Uranus.
Sondene oppdaget og bekreftet flere nye måner i bane nær eller innenfor ringene, i tillegg til det lille Maxwell-gapet innenfor C-ringen og det 42 km brede Keeler-gapet i A-ringen.

Cassini–Huygens-sonden

1. juli 2004 utførte Cassini-romsonden en SOI-manøver (Saturn Orbit Insertion) og gikk inn i bane rundt planeten. Før SOI hadde Cassini allerede studert systemet utstrakt. I juni 2004 hadde den utført en nærpassering av Phoebe, og sendte tilbake høyoppløste bilder og data.
Under forbipasseringen av Titan, tok Cassini radarbilder av store innsjøer med tilhørende kystlinjer med en rekke øyer og fjell. Banesonden passerte Titan to ganger før den frigjorde Huygens-sonden 25. desember 2004. Huygens steg ned til overflaten av Titan 14. januar 2005, og returnerte en strøm av data under nedstigningen gjennom atmosfæren og etter landing. Cassini har siden gjennomført flere forbiflyvninger av Titan og andre ismåner.
Siden tidlig 2005 har forskere sporet lyn på Saturn. Kraften til lynene er omtrent 1 000 ganger så høy som de på jorden.
I 2006 rapporterte NASA at Cassini hadde funnet bevis for flytende vannreservoarer som brøt ut i geysirer på Saturn-månen Enceladus. Jetstråler av ispartikler ble slynget ut i bane rundt Saturn fra ventiler på månens sørlige polregioner. Ifølge Andrew Ingersoll ved California Institute of Technology «har andre måner i solsystemet hav av flytende vann dekket av kilometere med isskorper. Det som er forskjellen her er at lommene med flytende vann kanskje ikke er stort mer enn noen titalls meter under overflaten». I mai 2011 rapporterte NASA-forskere ved en Enceladus Focus Group-konferanse at Enceladus «fremstår som det mest beboelige stedet for liv i solsystemet utenfor jorden slik vi kjenner det».
Cassini avslørte enda en planetring utenfor den lyse hovedringen og på innsiden av G- og E-ringene. Den antas å være dannet av en meteoroidekollisjon med to måner. I juli 2006 ga Cassini-bilder bevis for hydrokarbonsjøer nær Titans nordpol. Dette ble bekreftet i januar 2007. I mars 2007 avslørte ytterligere bilder fra nær Titans nordpol «hav» av hydrokarboner, og det største var nesten på størrelsen med Det kaspiske hav. I oktober 2006 oppdaget sonden en syklonlignende storm med diameter på 8 000 km og et stormøye nær Saturns sørpol.
Fra 2004 til november 2009 oppdaget og bekreftet sonden åtte nye måner. Hovedoppdraget ble avsluttet i 2008 etter 74 omløp rundt planeten. Oppdraget ble utvidet til september 2010 og deretter til 2017 for å studere en full periode med Saturns årstider.