Съемку Сатурна начали 20 августа с дистанции 10,2 млн км, ее первой целью были кольца планеты с неосвещенной стороны. Всего по данным NASA планировалось получить 155 снимков; 106 из них, сделанные с расстояния 5 млн км и менее в период с 26 августа и до 8 сентября, должны были иметь более высокое качество, чем доступные земным телескопам, выявляющим детали размером порядка 1200 км. На самом детальном кадре 1 сентября с дистанции 94 200 км разрешение ожидалось на уровне 50 км. В материалах DSN, однако, говорилось о примерно 50 снимках лучше земных (20 до пролета и 30 после) и называлось наилучшее разрешение 80–100 км.

История первой космической съемки Сатурна стала историей героической борьбы техники и людей с внешними обстоятельствами. Очередной ливень в Австралии ухудшил условия приема и качество данных во время сеанса 25 августа. Пролет происходил незадолго до соединения с Солнцем – оно отстояло всего на 8° от планеты. В конце июля и в середине августа произошли солнечные вспышки, и быстрые частицы от второй пришли к Сатурну 28 августа одновременно с медленными от первой. Рост шумовой температуры неба вследствие активности Солнца отбирал драгоценные децибелы. Был случай, когда сеанс на 1024 бит/с начался нормально и закончился в шумах, а изменить «на лету» скорость передачи было невозможно, потому что на обмен сигналами было нужно почти три часа. Постановщики остальных экспериментов роптали – вследствие погони за еще весьма нечеткими снимками Сатурна они теряли свои данные, которые иначе были бы в полном порядке. В итоге 31 августа было решено впредь работать на скорости 512 бит/с – и только в Голдстоуне в те пять часов, когда Сатурн выше всего над горизонтом, принимать данные на 1024 бит/с.

Активное Солнце не только срывало сеансы, но и вызывало сбои в работе фотополяриметра: его шаговый двигатель посреди кадра мог пропустить несколько шагов или даже двинуться назад. Сами снимки вследствие радиационного воздействия получались нечеткими.

Всего было сделано 440 снимков Сатурна, из которых 40 имели разрешение лучше 1200 км. Наилучшее разрешение составило 90 км. Два ближайших к планете снимка были сделаны с дистанции 251 000 и 183 000 км. Из 106 изображений Сатурна с расстояния менее 5 млн км опубликовали только 25 – 19 сделанных до пролета и 6 после него. Еще 24 кадра были испорчены сбоями и помехами, 20 имели плохое разрешение, а 27 признали слишком похожими на уже имеющиеся.

По снимкам форму планеты определили как эллипсоид вращения с экваториальным диаметром 60 000 км и полярным примерно на 5300 км меньше. На средних широтах в поперечном сечении Сатурна была отмечена депрессия глубиной 160 км.

Облака Сатурна оказались в среднем толще, чем на Юпитере, но менее контрастными. У полюсов они залегали ниже, чем у экватора, и имели цвет от темно-синего до зеленого. Примерно от 55° широты облака переходили в коричневатые пояса. Эти «ленты» облачности были ýже юпитерианских, но многочисленнее. Их было трудно увидеть из-за аммиачного тумана. Над экватором и над 70° с. ш. можно было различить струйные потоки.

На одном из снимков колец, сделанном 31 августа в 22:59 UTC с расстояния 943 000 км, был замечен неизвестный спутник Сатурна диаметром до 400 км, обозначенный 1979 S1, то есть первый спутник Сатурна, открытый в 1979 г.

Физики – те, что «по полям и частицам», – прогнозировали вход в магнитосферу Сатурна на расстоянии от 50 до 25 RS, в зависимости от силы магнитного поля планеты и от «порывов» солнечного ветра. С утра 30 августа в Центре Эймса царила атмосфера напряженного ожидания. Научный руководитель проекта Джон Вулф и знаменитый Джеймс Ван Аллен даже заключили пари на полдоллара относительно конкретного момента, в который аппарат почувствует магнитосферу планеты.

«Пионер-11» в первый раз «нырнул» в ударную волну 31 августа в 10:43 UTC на удалении 24,1 RS от Сатурна (1,45 млн км). Информация об этом пришла в Центр Эймса вскоре после пяти утра местного времени. Не успели, однако, ученые обрадоваться, как солнечный ветер прижал магнитосферу к Сатурну, и зонд вновь оказался в условиях межпланетной среды. Лишь в 16:48 по Гринвичу он догнал ударную волну на отметке 19,9 RS и в 20:43 UTC прошел магнитопаузу на расстоянии 17,3 RS (1,05 млн км) от планеты.

Исход пари можно было трактовать по-разному в зависимости от того, считать ли момент первой встречи с ударной волной по Гринвичу или по летнему тихоокеанскому времени PDT. Скорый, но неправедный суд постановил, что выиграл Ван Аллен, «поскольку ни один уважающий себя физик не будет фиксировать планетарные данные по PDT». Вулф немедленно выписал чек, который Ван Аллен вставил в рамочку и повесил на стене своего офиса.

Титан, крупнейший спутник Сатурна, оказался в этот день вне магнитосферы, но ученые сочли это временным и ненормальным явлением, обусловленным высокой активностью и мощной вспышкой на Солнце.

1 сентября в 14:35 UTC, всего за 115 минут до перицентра, на отметке 2,82 RS «Пионер-11» пересек плоскость экватора и колец в нисходящем узле, то есть в направлении с севера на юг. В этот момент он был в 167 700 км от центра планеты и примерно в 38 000 км снаружи от кольца A и шел со скоростью 24 км/с. Через девять минут он должен был оказаться рядом с кольцом, но немного сбоку.

Джон Вулф оценивал вероятность гибели КА в 50 %. Все зависело от природы внешнего кольца: если оно состоит из крупных камней, то «Пионер-11», скорее всего, «проскочит», а если из мелких пылевых частиц, то может погибнуть… В 16:02 земного времени[69], когда расчетный момент прошел, а сигнал с аппарата продолжал поступать, зал управления огласился радостными криками.