미국항공우주국(NASA)·유럽우주국(ESA)·이탈리아우주국(ASI)이 공동 추진한 토성계 탐사 임무와 그 탐사선. 토성 궤도를 돌며 관측한 카시니 궤도선과 타이탄의 대기·표면을 직접 조사한 하위헌스 탐사정으로 구성. NASA 제트추진연구소(JPL)가 카시니 궤도선과 임무 운영을 담당하고 ESA가 하위헌스를 제공한 국제 협력 사업. 1997년 발사 후 금성 두 차례, 지구와 목성 각 한 차례의 중력도움을 거쳐 2004년 7월 1일 세계시 기준으로 토성 궤도에 진입한 최초의 탐사선. 이전 탐사선들의 짧은 근접 통과를 넘어 토성의 대기·고리·위성·자기권을 반복 관측한 장기 탐사. 카시니에는 카메라·분광계·레이더·입자 및 자기장 관측기 등 12개 과학 장비, 하위헌스에는 6개 과학 장비를 탑재한 구성. 2004년 12월 분리된 하위헌스는 2005년 1월 14일 타이탄 대기로 진입하여 낙하산 하강과 착륙에 성공. 짙은 대기 아래의 수로와 얼음 자갈이 놓인 표면을 관측하고 카시니를 중계기로 활용해 자료를 지구로 전송한 탐사. 카시니의 후속 레이더·분광 관측은 타이탄에 액체 탄화수소의 호수·바다와 기상 순환이 존재한다는 이해를 확장한 성과. 엔셀라두스 남극의 수증기와 얼음 입자 분출, 얼음 껍질 아래 전 지구적 바다, 열수 활동의 가능성을 뒷받침한 자료가 주요 발견. 토성 고리의 수직 구조와 변화, 북반구 거대 폭풍 등 행성과 위성계의 역동성을 함께 기록한 임무. 이러한 발견은 외태양계의 얼음 위성과 바다를 지닌 천체를 후속 탐사의 중요한 대상으로 부각한 계기이며, 생명체 자체의 검출과는 구별되는 성과. 당초 4년의 토성 탐사를 마친 뒤 에퀴녹스 임무와 솔스티스 임무로 두 차례 연장하여 약 13년 동안 토성계를 관측. 2017년에는 토성과 가장 안쪽 고리 사이를 22차례 통과하는 그랜드 피날레를 수행하고, 9월 15일 토성 대기에 의도적으로 진입하며 종료. 연료 고갈 이후 타이탄·엔셀라두스와 충돌하여 향후 생명 환경 연구를 오염시킬 위험을 줄이기 위한 최종 처분. (사진: JPL 조립실의 실제 카시니–하위헌스 탐사선, NASA/JPL 제공(PIA04603))