토성 탐사는 현재까지 주로 무인 우주선을 통해 이루어지고 있으며, 세 차례의 근접 통과 탐사와 장기 궤도 탐사를 포함한 여러 탐사 임무가 진행되었다. 가장 대표적인 사례는 1997년 발사된 카시니-하위헌스 탐사선으로, 이 탐사선은 2004년 토성 궤도에 진입해 2017년까지 토성과 그 위성들을 탐사하며 중요한 데이터를 제공했다.
초기 탐사
첫 번째 탐사선인 파이어니어 11호는 1979년 11월 토성에 접근해 구름층 상공 20,000 km를 통과하며 토성 및 일부 위성의 저해상도 사진을 촬영했다. 당시 기술적 한계로 인해 위성 표면을 자세히 관측하지는 못했으나, F 고리를 발견하고 고리 내 물질이 존재한다는 중요한 정보를 수집했다. 또한 타이탄의 표면 온도를 약 250K(−23°C)로 측정하며 위성 탐사의 기초적인 데이터를 얻었다. 1980년, 보이저 1호는 더 발전된 장비로 토성, 고리, 위성의 고해상도 사진을 전송하며 토성계에 대한 보다 세밀한 정보를 제공했다. 특히, 타이탄의 두꺼운 대기층이 가시광선을 차단하여 표면을 관측할 수 없었지만, 대기에 대한 많은 데이터를 수집하는 데 성공했다. 타이탄에 접근한 이후, 보이저 1호는 궤도가 변하여 더 이상 천왕성이나 해왕성을 탐사하지 못하게 되었다. 약 1년 후 보이저 2호가 토성에 도달해 여러 위성의 근접 사진을 촬영하고, 고리의 시간에 따른 변화를 관찰했다. 이 탐사에서 보이저 2호는 토성의 대기 온도를 측정하고 계절적 변화에 따른 북극 온도의 차이를 발견했다.
카시니-하위헌스
1997년 발사된 카시니-하위헌스 탐사선은 토성계에 대한 가장 심층적인 탐사를 수행했다. 2004년 7월 토성 궤도에 진입한 카시니는 포에베 위성의 고해상도 사진을 전송하며 탐사를 시작했다. 카시니는 타이탄에 여러 번 접근했고, 2005년에는 타이탄 표면에 착륙한 하위헌스 탐사정을 통해 타이탄의 대기 및 지표 데이터를 전송받았다. 이는 인류가 타이탄의 표면을 직접 관측한 첫 번째 사례로, 타이탄이 메테인 강과 바다를 지니고 있다는 사실을 확인하게 된 중요한 전환점이었다. 카시니는 이후 여러 얼음 위성을 근접 탐사했고, 특히 2006년 엔셀라두스에서 물기둥이 분출하는 증거를 발견하여 큰 주목을 받았다. 이는 엔셀라두스가 생명체 존재 가능성이 있는 천체로 부각되는 계기가 되었다. 또한, 카시니는 토성의 여러 고리에서 새로운 구조를 발견했고, 고리의 진화 과정을 연구하는 데 중요한 기여를 했다. 카시니의 탐사 임무는 2008년 첫 연장된 후, 2017년 9월 대기권에 진입하며 마무리되었다. 탐사선의 대기권 진입은 토성계 위성의 오염 가능성을 방지하기 위한 결정으로, 이를 통해 카시니는 임무를 완수하고 토성의 일부가 되었다.
향후 탐사 계획
토성계 탐사는 계속해서 제안되고 있으며, 타이탄과 엔셀라두스와 같은 위성에 대한 탐사가 주요 우선순위로 자리 잡고 있다. 타이탄 토성계 임무, 엔셀라두스 생명체 탐사 등 여러 탐사 계획이 고려되고 있으며, 그중 일부는 NASA와 ESA의 협력 하에 진행될 가능성도 있다. 타이탄의 메테인 강과 바다, 엔셀라두스의 물기둥 등 잠재적인 생명체 존재 가능성은 앞으로의 탐사에서 중요한 연구 대상이 될 것이다.
