美国宇航局2008年11月宣布，已将木星定为下一个探索天空的远大目标，NASA将在2011年8月发射一个新的木星探测器“朱诺”，展开对木星的深入探测，该探测器首先绕地球运行至2013年，利用地球引力将“朱诺”弹射到外太阳系；预计在2016年中期到达木星轨道。此后，“朱诺”每年大约绕木星运转32圈，探测木星内部的结构情况；测定木星大气成分；研究木星大气对流情况以及探讨木星磁场起源和磁层，通过它的探测，科学家希望了解木星这颗巨行星的形成、演化和本体内部结构以及木星卫星等。全部任务计划于2017年10月结束。
“大块头”木星
1973年4月6日，美国发射“先驱者11”号探测飞船，执行飞掠木星（1974年12月）和土星（1979年）的使命；1977年8月20日又发射了“旅行者2”号探测飞船，半月后又发射“旅行者1”号探测飞船。后发射的“旅行者1”号于1979年3月5日先行到达木星，同年7月9日“旅行者2”号也到达木星。
“旅行者1”号从距木星云顶286000千米上空飞越，提供了木星系统的新信息。木星的大气是复杂的，由氢和氦组成的稠密大气层之上是色彩斑斓的云层；木星大气的运动比预计的更加汹涌，似乎受到云顶底下深处某种力的控制；足以容纳几个地球的大红斑，是一个巨大的大气风暴，每隔6天沿逆时针方向转动1次；已发现木星周围有一个29~30千米厚的薄环。最大的意外是，在木卫1这个木星卫星上至少有9座活火山，有些火山的火焰高达280千米。其他已调查的木星卫星包括木卫3、木卫2和木卫4。木卫3的直径达5200千米，比土星卫星土卫6大，是太阳系内最大的行星卫星。
一窥木星的探测器“旅行者2”号从距木星云顶643000千米之内飞越木星，探测了条纹状的云、红斑、“白卵”、木星环（“旅行者1”号已发现的）和木卫1、木卫2、木卫4、木卫3和木卫5，另外“旅行者1”号和“旅行者2”号还发现3颗新的木星卫星、极光和像地球上特大闪电一样的云顶闪电。
木星的密度很低，只是地球密度的024倍，对木星的就近探测证实它的主要成分是氢和氦。它是一颗由液态氢构成的巨大星球，除了有一个很小、可能是熔融的岩核以外，没有探测到任何的固体表面。
木星大气中，82％是氢，17％是氦，其他成分仅占1％左右。这层大气层厚度约965千米。在木星云顶层之下965千米处，气态氢在1999℃的温度和巨大的压力下，变成了液态氢；大约在25000千米的深处，液态氢在11000℃的温度和300万个大气压下，变成了固态金属氢。木星上的氢和氦挥发得很少，基本上保持了原始星云的化学组成，内部是处在高温高压下的液态氢。
虽然“先驱者”和“旅行者”姐妹探测飞船成功地拍摄了有关木星及其卫星外貌和大气层的大量清晰照片，把人类对木星的认识向前推进了一大步，但是由于木星的云顶比较厚，无法弄清大气下层气体的状态，无从了解大气层内部各种状态参数随高度的变化，至今仍有许多奇特的现象无法得到合理的解释。
木星是一个很远的天体，离地球约63亿千米，但很明亮，亮度仅次于金星，用肉眼可看到。在古代，天文学家就发现了木星。
已知木星自转周期只有约9小时50分钟，比地球自转周期快25倍；但它绕太阳公转周期是1186年，平均运行速度每秒1305千米。
木星周围有厚厚的稠密大气，表面常年呈现数条色彩斑斓的彩带和不断变化的红色斑纹区。它是太阳系中最大的一颗行星，体积比地球大1300多倍；质量相当于318个地球，几乎等于太阳系其他行星质量总和的25倍。从质量、成分和平均密度很小来说，木星和地球以及水星、金星、火星等类地行星均十分不同。根据以前获得的资料，木星不仅在成分上与太阳颇相似，而且在结构上也有相似之处。科学家们设想，在46亿年前，太阳云气体尘埃凝聚成太阳系时，9986％的物质组成太阳，成为太阳系的中心天体，剩下的大部分组成木星，其他部分组成另外的行星和各种小天体。木星拥有16颗卫星，它和它的卫星构成的木星系统，就像一个小型的太阳系，科学家又推测木星系统的形成过程和太阳系的形成过程类似。
如果在形成太阳系时，最初云团中各成分比例均匀的话，由于木星质量特别大，氢气等较轻元素不易逃出它的引力场。因此木星的元素成分与46亿年前形成时应大致相同。从这个观点出发，科学家们制定了一系列木星探测计划，希望通过对木星的就近探测，直接测定木星大气中各种气体成分及其特性。搞清楚氢和氦在其大气中所占的比例，对研究太阳系的起源和演变会有极大帮助。
木星能量
对木星的考察表明：木星正在向其宇宙空间释放巨大能量。它所放出的能量是它所获得太阳能量的两倍，这说明木星释放能量的一半来自于它的内部。木星内部存在热源。
太阳之所以不断放射出大量的光和热，是因为太阳内部时刻进行着核聚变反应，在核聚变过程中释放出大量的能量。木星是一个巨大的液态氢星球，本身已具备了无法比拟的天然核燃料，加之木星的中心温度已达到了28万K，具备了进行热核反应所需的高温条件。至于热核反应所需的高压条件，就木星的收缩速度和对太阳放出的能量及携能粒子的吸积特性来看，木星在经过几十亿年的演化之后，中心压可达到最初核反应时所需的压力水平。
一旦木星上爆发了大规模的热核反应，以千奇百怪的旋涡形式运动的木星大气层将充当释放核热能的“发射器”。所以，有些科学家猜测，再经过几十亿年之后，木星将会改变它的身份，从一颗行星变成一颗名副其实的恒星。
“伽利略”号木星探测器
1989年10月18日，美国宇航局用“亚特兰蒂斯”号航天飞机将“伽利略”号木星探测器送入轨道，这是美国宇航局第一个直接专用探测木星的航天器。
“亚特兰蒂斯”号航天飞机示意图资料显示，“伽利略”木星探测计划始于1978年，而最初计划则始于1982年1月发射，后来因为经费不足、飞行设计修改和航天飞机发射失败等原因而先后9次变动计划，致使发射一再推迟。
“伽利略”号探测器示意图
资料显示，“伽利略”号探测器呈不规则长形体，总重约2717千克，由木星轨道器和再入器两部分组成。后在到达木星前约150天时，两者分离，轨道器环绕木星运行探测；再入器深入木星大气层考察。
该探测器的轨道器是由美国的喷气推进实转室设计、制造和操作的，其总重为2378千克，在正常的情况下以315转／分自旋稳定。其中的主要设备为：
（1）推进舱，包括一个机动推力器和一个单一入轨推力器，与推进剂一起共重约1185千克。
（2）2台放射性同位素热电偶发电机，可提供0～480瓦的电力。
（3）一个约5米直径的高增益地球通信天线，用S和X波段与地球通信，定向精度为01度。
此外，轨道器上还装有很多精密的探测仪器，主要包括：
（1）CCD摄像机，发回的照片清晰度比“旅行者”探测器的高20～1000倍，可分辨出木星卫星表面30～50米范围的细节。
（2）近红外绘图分光计，可探测出氮、磷化氢、水、甲烷、锗等组分。
（3）紫外分光计，它能探测出氮、氢和氧等。
（4）光子偏振、辐射计，可以测量偏振光和光强度。
（5）磁强计、高能粒子检测仪、等离子体检测仪、等离子体波分系统（测量电场和磁场变化）、尘埃粒子检测仪和重离子计数器等，可用于对木星磁层等的研究。
而再入器是由美国宇航局的艾迈斯研究中心负责设计，休斯飞机公司制造的。其外形呈扁锥体，总重约339千克，其中仅防热壳就重达220千克。其上有2台1波段发射机，它能以128比特／秒的速率发送测量数据，经轨道器中继到地球。而再入器上的探测仪器有：大气结构检测仪，能测量木星大气的温度、压力等；中性质谱仪，可测定木星大气组分；氦分量检测仪，用于测定木星大气中的氦气含量；测云计、纯流量辐射计以及光和射电检测仪等。
“伽利略”号的旅程并不幸运。为了进入预期的轨道，科学家们在地面指令太空船先进入金星的轨道，再借助引力来加速，再两度折回地球加速，然后前往木星。所以这使得原本预定2年半的旅程变成了6年。但时间不会白白浪费的，“伽利略”号利用增加了的旅程，对月球的光面和暗面的地表化学物质作出了比较，而且还对地球南极的臭氧层作出了大气观测。但在最后一次离开地球之前，问题却再度出现。“伽利略”号的主天线高增益天线被发现不能准确打开。高增益天线作为“伽利略”号和地球联络的主要工具，它的出错势必会造成严重的后果。本来“伽利略”号能每数分钟往地球发回一张照片，故障发生后变成了数周一张。幸而计算机技术的发展对此作出了弥补，数据能通过压缩再传送，这使得照片的传送时间减少为数小时。
在“伽利略”号掠过小行星带时，“伽利略”号对小行星951和小行星243（Ida）做出了精密观测，发现Ida的卫星，并命名为Dactyl。在1994年的彗星撞木星天文奇观中，“伽利略”号观测了舒梅克·利维九号彗星的碎片撞入木星的过程。
然而，在到达木星的2个月前，另一个问题发生了。“伽利略”号的磁带记录器发生了故障。而磁带记录器的主要任务是，记录“伽利略”号上各种仪器所探测到的结果，并在适当的时候发回地球。所以说，在主天线发生故障之后，磁带记录器的作用就显得非常重要了。为了对磁带记录器作出调整，“伽利略”号放弃了原本探测木卫1的计划。
“伽利略”号带有一个探测器，而该探测器的任务就是冲入木星的大气，并在燃烧殆尽前，尽可能多地发回数据。这是个艰难的任务，因为与木星大气摩擦将产生高达华氏21000度的高温。在打开降落伞减速之后，探测器将与抵挡高温的挡热板脱离，独自承受木星的风暴、高温和巨大的压力。在1995年12月7日，探测器进入了木星的大气，成功地发回了信号，并在降落了57分钟之后，被木星发出的热力烧毁。但这57分钟内却大大地增加了我们对木星的大气和气候的了解。
在某种意义上讲，“伽利略”号对研究木星的卫星也作出了很大的贡献。在“伽利略”号到达木星之前，人们一共发现了16颗木星的卫星。“伽利略”号到达后又发现了多个卫星。
由于受到辐射的破坏，“伽利略”号的摄影装置于2002年1月17日停止运作。工程师由于能够修复磁带的资料，因此它能在坠毁以前继续传送资料回地球。
从美国“伽利略”号探测器传回的资料表明，在木卫2的表层下可能有海洋。这一新证据再次为科学家们早先根据资料作出的“木卫2上有水”的假设添加了重量级砝码，并引起了生物学家对木卫2上是否存在生命的争论。
在随后的日子里，“伽利略”号探测器在距木卫2上空351千米的地方飞掠而过。令科学家感到震惊的是，木卫2地磁北极点的地理位置在变化，并且移动得很频繁，几乎每5个半小时就移动一定距离。
与此同时，这个结果也让许多科学家感到困惑：究竟是什么力量驱使木卫2的地磁北极点不断运动呢？“我认为这些发现告诉我们，在木卫2的地表之下有一个液体水层。”空间科学家玛格丽特·基维尔森说。事实上，按照科学家的解释，如果在木卫2的地表之下有一个液体传导层——诸如盐水层——那将可以最为完满地解释磁性极点的不断变迁。
“伽利略”号探测器在结束预期任务后，已于在美国东部时间2003年9月21日纵身“跳”入木星大气层，以一种近乎自杀的方式使自己焚毁，为长达14年的太空之旅画上了句号。
在1995年12月飞抵环木星轨道后的7年多时间内，它创造的纪录有：绕木星运行34周，与木星主要卫星35次相遇，发回包括14万张照片在内的3万兆比特数据，在木星的3颗卫星上发现了地下液态盐水存在的证据，第一次从轨道上对木星系统进行了完整考察，第一次对木星大气进行了直接测量。
美国宇航局原打算让“伽利略”号在环木星轨道上运行下去，但探测器有关木卫2上可能存在海洋的发现使专家们改变了想法。
木星环
木星环是指围绕在木星周围的行星环系统。它是太阳系第三个被发现的行星环系统，第一个和第二个分别是土星环及天王星环。光环是木星环中最内部及最厚的。它的外部边界与主环内部边界在半径122500千米（172RJ）重叠。由此半径开始光环向木星快速增厚。光环的实际纵向伸延不明但其物质可以在距环面高度高至10000千米侦测到。光环的内部边界十分清晰并位于半径100000千米（14RJ）处，但部分物质被发现在92000千米的更深入地区。所以光环的阔度约为30000千米。
木星环首次被观测到是在1979年，木星环在25年来亦可以由哈勃太空望远镜及地球观察。在地上需要现存最大的望远镜才能够进行木星环的观察。
“冰月”轨道探测器
木星“冰月”轨道器是美国国家航空航天局的一项雄心勃勃的计划，主要目的是环绕木卫2、木卫3和木卫4飞行，对它们进行详细考察。
因为在它们冰冷的表面之下，可能隐藏着巨大的海洋，这项计划被称为木星“冰月”轨道器，它将会环绕每颗卫星飞行，深入研究它们的组成、历史和可能存在的生命的情况。
因为“伽利略”号飞船已经发现木星的3颗巨大卫星上可能存在水、能量和必要的化学成分这3个基本生命要素的证据。并且木卫2上融化的水在最近的地质年代曾经暴露于表面，现在仍然可能位于距离表面相对较近的地方。按照计划，木星“冰月”轨道器对木卫3和木卫4的观察将会提供对比，以便了解所有这3颗卫星的演化情况。除此之外，它还将支持美国国家航空航天局的主要目标之一：探索宇宙，寻找生命。
鉴于基于核裂变反应堆的电子推进技术的首次使用，木星“冰月”轨道器将会革命性地将美国国家航空航天局的空间探测能力提高到一个新的水平。这一技术不仅使环绕木星的3颗卫星成为现实，还将为接下来对太阳系其他区域的详细考察铺平道路。
根据初步计划，发射将会在2015年进行，探测器将由普通化学火箭发射到地球高轨道，然后由基于核裂变反应堆的离子发动机推动前往木星，并于2020年1月进入木星轨道。
而后，探测器将花费380天时间环绕木星飞行，于2021年1月进入木卫4引力范围，并于90天后进入木卫4轨道，在近圆轨道环绕木卫4飞行60天，然后花费88天时间离开木卫4前往木卫3。科学家们预计该探测器将于2022年5月进入木卫3引力范围，并于96天后进入木卫3轨道，在近圆轨道环绕木卫3飞行120天，然后花费93天时间离开木卫3前往木卫2。而后，探测器将花费165天时间环绕木星飞行，于2023年8月进入木卫2引力范围，并于65天后进入木卫2轨道，在近圆轨道环绕木卫2飞行30天。
木星大红斑
木星大红斑是木星的一个特征，它大到足以圈下3个地球。1660年人们对这块大红斑首次作了描述，300多年来，人们一直在观察它。它已经改变了颜色和形状，但它却从来没有完全消失过。木星大红斑是木星上最大的风暴气旋，长约25000千米，上下跨度12000千米，每6个地球日按逆时针方向旋转一周，经常卷起高达8千米的云塔。
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