지난 9월 15일 오전 캘리포니아 공과대학(Caltech) 내의 Jet Propulsion Laboratory(JPL)에 모인 사람들은 조용히 서로 악수를 나누고, 포옹을 하며 가슴 뭉클한 순간을 함께 했습니다. 이 연구소는 미항공우주국(NASA)의 산하 연구기관으로 우주에 보내지는 탐사선을 제어하고 관리하는 업무를 담당하는 곳입니다. 보통 이곳은 우주선 발사가 성공적으로 이루어지거나 탐사선이 다른 행성 등에 착륙하는 등의 성과를 이룰 때 크게 환호하며 기뻐하는 모습을 보여주는 주조정실입니다. 하지만, 이날의 포옹은 여느 때의 기쁨과는 조금 다른 모습이었습니다. 프로젝트의 성공적인 출발을 알리는 순간이 아니라, 지난 20여년간 자신의 임무를 다한 무인 토성 탐사선 카시니(Cassini)의 마지막을 지켜보는 자리였기 때문입니다. 오전 7시55분이 조금 지난 시간, 프로젝트 총괄 매니저인 얼 메이즈(Earl Maize) 박사의 ‘프로젝트 종료를 선언한다’라는 발표가 끝나자 조정실 내 모든 크루들은 먹먹한 가슴으로 지난 20년을 돌이키며 서로를 축하하고, 위로하는 포옹과 악수를 주고 받았습니다. 

정식 명칭 카시니-하위겐스(Cassini-Huygens) 프로젝트는 토성 탐사를 위해 미국과 유럽 우주국이 함께 공동으로 진행한 프로젝트입니다. 마지막의 뭉클함과는 대조적으로 처음 프로젝트가 시작되던 시기에는 정치적인 이유 등과 맞물려 난항을 겪기도 했습니다. 실제 토성 탐사를 위한 공동 프로젝트가 제안되었던 것은 1983년이고, 이후 양쪽 우주국의 과학자들은 당연히 진행될 것이라는 믿음에 이듬해인 1984년부터 공동연구를 시작하였지만, 이후 여러가지 이유들에 의해 시작도 제대로 하지 못한 채 1986년 연구는 종료됩니다. 하지만, 이후 양쪽 우주국의 담당자들의 지속적인 노력 끝에 프로젝트는 다시 부활하였고, 근 10년이 지난 1997년 드디어 토성으로의 여정을 시작하게 됩니다. 유럽과 미국의 공동 연구라는 명분도 있었지만, 러시아와의 우주 연구에 대한 경쟁관계, 미국 의회의 정치적인 우려, 사회적으로는 로켓 발사가 환경에 안좋은 영향을 미치기 때문에 해서는 안된다는 시민 단체들과의 크고 작은 문제들을 겪으면서 진행된 연구였습니다. 실제로 1997년 발사당시 시민단체들은 시위와 법적 기소 등을 통해서 카시니 탐사선이 담긴 로켓의 발사를 저지하려고 했다고 알려져 있습니다. 

카시니-호이겐스 프로젝트는 토성의 고리와 위성 4개를 발견한 이탈리아계 프랑스 수학자 지오바니 도미니코 카시니(Giovanni Domenico Cassini, 1625-1712)와 토성의 가장 큰 위성 타이탄을 처음으로 발견한 네덜란드 과학자 크리스티앙 하위겐스(Christiaan Huygens, 1629-1695)을 따라 이름지어졌습니다. 카시니 탐사선은 주 탐사선 카시니호에 부속선 하위겐스호가 붙어있는 형태입니다. 이들 탐사선은 처음 토성이 아니라 지구보다 안쪽에 위치한 금성을 향해 발사되었는데, 이는 플라잉바이(flyingby)라는 원리를 통해 토성에 접근하기 위해서 입니다. 작은 크기의 탐사선이 토성까지 여행하기 위한 연료를 충분히 갖고서 지구에서 출발하는 것은 불가능합니다. 그래서 탐사선을 우주로 내보낼 때에는 자동차나 비행기가 운행하듯 엔진의 추진력을 이용하는 것이 아니라 다윗이 슬링을 이용해서 돌팔매를 하는 원리를 이용합니다. 금성에 가깝게 보내진 카시니는 금성의 중력에 의해 원운동을 시작하며 가속되고 이렇게 가속된 탐사선이 금성으로부터 튕겨 나가듯이 추진됩니다. 카시니는 금성, 지구, 그리고 목성의 중력을 이용해서 추진된 후 7년의 여정 끝에 2004년 7월 드디어 토성 궤도에 진입했습니다. 이듬해인 2005년에는 부속선인 하위겐스호를 토성의 가장 큰 위성 타이탄에 착륙시켜 약 3주간 방대한 양의 정보를 지구로 전송했습니다. 이때부터 카시니와 하위겐스의 임무를 통해 우리는 그저 태양계에서 두번째로 크며, 아름다운 띠를 갖고 있는 행성 정도로 알고 있던 토성과 그의 위성들에 대한 베일을 하나하나 벗겨낼 수 있었던 것입니다. 

카시니와 하위겐스가 보내오는 정보들은 실로 방대했으며, 그 하나하나는 탄성과 환호성을 멈출 수 없는 기대 이상의 것들었습니다. 타이탄은 토성의 위성중 가장 큰 위성입니다. 비록 그 지위로 보면 지구의 달과 같은 위성이지만, 토성이 지구와 비교해 워낙에 거대한 행성이기 때문에 그 위성의 크기도 매우 큽니다. 크기로만 비교하자면, 타이탄은 수성(mercury)보다 더 큽니다. 하지만, 밀도가 매우 낮기 때문에 질량은 수성보다 가볍습니다. 카시니와 하위겐스가 발견한 타이탄의 가장 흥분되는 비밀은 그곳에 액체 상태의 바다가 존재한다는 것입니다. 지구와 같은 물은 아니지만,  대부분 메탄(CH4)으로 이루어진 액체가 존재하며, 이들이 구름이 되기도 하고 비가 되어 내리기도 하며 순환을 하고 있다는 사실입니다. 이에 의해 타이탄에는 지구와 같이 계절이 존재합니다. 이러한 이유로 만약에 태양계 내에 다른 생명체가 있다면, 가장 가능성이 높은 곳으로 타이탄이 거론되기도 합니다. 

또 다른 발견은 토성의 다른 위성 엔셀라두스(Enceladus)에서 뿜어져 나오는 무언가가 토성의 고리 중 하나에 빨려들어가는 사실이 관측된 것입니다. 이 발견의 중요함은 크게 두가지로 구분됩니다. 첫번째는 이전까지는 토성의 고리는 토성이 만들어 질때 중심으로 모이지 못한 물질들이 주변에 띠를 형성한 것이라고 생각되어져 왔습니다. 솜사탕을 만들때 주변에 얇은 띠가 만들어지는 것과 비슷한 원리입니다. 하지만, 이번 발견은 엔셀라두스 위성의 내부에서 빠져나온 물질이 고리를 만들고 있는 모습을 본 것입니다. 이 물질이 고리로 끌려 나오는 것이 토성의 중력때문이니 토성이 위성을 빨아들여 자신의 고리를 만들어 내고 있는 것입니다. 마치 중국 무술영화에서 흡성대마왕이라는 악귀가 상대방의 공력을 빨아들이는 것처럼 말입니다. 두번째 충격적인 발견은 바로 엔셀라두스로부터 뿜어져 나오는 것이 수증기라는 것입니다. 수증기가 빨려 나온다는 것은 지층 밑에 거대한 바다가 존재한다는 것을 의미하며, 이 또한 생명체 존재 가능성을 의미합니다. 이렇듯 토성 주변에는 생명체 존재의 가능성이 있는 액체 상태의 바다들이 있다는 것을 카시니 프로젝트를 통해서 알게 되었기 때문에, 다음 탐사에는 육지를 돌아다니는 착륙선이 아닌 잠수정을 보내야 한다는 의견을 내는 과학자들도 있습니다. 

10여년동안 토성에 관한 엄청난 양의 정보를 쏟아준 카시니호는 지난 4월 연료가 완전히 바닥남에 따라 자체적인 이동은 불가능해졌습니다. 이에 연구팀은 토성의 중력을 이용해서 토성과 고리 사이의 공간을 공전하며 마지막 임무를 수행하고 토성의 대기권으로 충돌시켜 완전히 산화시키는 것을 결정했습니다. 보통 다른 행성에 보내진 위성의 경우 임무를 다 마친뒤에는 완전히 작동이 멈춘상태로 공전궤도를 유지하고 돌게 나눕니다. 하지만, 연구팀이 카시니를 완전히 산화시켜 없애기로 결정한 것은 토성과 그 근처에 생명체가 있을지도 모른다는 가능성 때문입니다. 만약 그곳에 생명체가 있다면 지구의 미생물이 묻어 있을 수도 있는 방사선 물질로 가득찬 카시니의 존재는 그들에게 매우 심각한 위협의 존재가 될 수 있기 때문입니다. 매우 낮은 확률이기는 하지만, 인간이 우주로 내보낸 물질에 의해 우주가 오염되는 것을 미연에 방지하고자 하는 과학자들의 배려가 담긴 결정이었던 것입니다.