20世紀70年代末期，科學家對木星的許多奇異情況依然迷惑不解，如木星的大紅斑為什麼會以如此快的速度旋轉？木星內部流出的能量為什麼會大於入射的太陽光？木星怎麼會有那麼強的磁場？因此，美國決定發射一顆探測器來探測木星。
1989年10月18日，在經歷多年先後9次變動計劃後，美國終於成功發射外行星探測器——“伽利略號”（Galileo），成為人類有史以來最成功的行星探險之一。
“伽利略號”木星探測器是從“亞特蘭蒂斯”號航天飛機上發射的，是美國航天局第一個直接專用探測木星的航天器。這一探測計劃由美國和聯邦德國聯合進行。
當晚7時13分，“阿特蘭蒂斯”號已順利地釋放出“伽利略”號飛船及其推進器。至此，“伽利略”號飛船已踏上為時6年、行程約38億公里的漫長征途飛往木星。
為了研究木星大氣構成，其實“伽利略”號探測器還向木星釋放了一顆大氣探測器。但這顆探測器“命運悲慘”，在進入木星大氣一小時後，就在與木星大氣劇烈的摩擦和強大的壓強下被摧毀了。
而“伽利略”號發射後，先是不停地朝向太陽軌道飛行了兩年。1990年2月9日，它從金星雲層1600公里上空飛過；於1990年12月以時速1.429萬千米的速度，首次通過地球軌道；1991年10月29日，從小行星加斯帕拉斯上空1600公里附近飛過，成功拍攝到歷史上第一批近距離的小行星照片；再以時速12.71萬千米的速度，於1992年12月第二次通過地球軌道和地—月交會軌道，並對它們都“順便”進行了紅外觀測。
最後，它以時速14.03萬千米的速度，於1995年12月7日到達木星。
它的軌道器在釋放出探測器後，就成為木星的人造衛星，探測器則下降到木星表面，並及時地向地球連續地發回了各種寶貴的探測數據。使人類對這個距離地球非常遙遠的星球第一次有了比較清晰的瞭解。
“伽利略”號探測器呈不規則長形體，是美國迄今最精密的星際飛行器之一，整個發射計劃耗資約15億美元。飛船總重2550公斤，由軌道器和大氣層探測器兩部分組成，它們的任務是測量木星及其幾個主要衛星的大氣層以及木星周圍的電磁場和粒子輻射環境。飛船裝備了不少先進探測設備，含攝像機、近紅外勘測分光儀、磁強儀、測雲儀、大氣結構儀等17種科學儀器，用於木星大氣層構成、雲層結構、溫度、磁場等方面的勘測和研究。
（圖源：NASA）
在1995年12月飛抵環木星軌道後的7年多時間內，它創造的紀錄有：繞木星運行34周，與木星主要衛星35次“邂逅”，發回包括1.4萬張照片在內的3萬兆比特數據，在木星的三顆衛星上發現了地下液態鹽水存在的證據，第一次從軌道上對木星系統進行了完整考察，第一次對木星大氣進行了直接測量。
它第一個拍到了木星衛星歐羅巴有海洋的照片；第一個拍到了月球和彗星在一起運行的照片；也第一個拍到了1994年星際大爆炸的壯觀情景。一些發現如木衛三有自發的偶極磁場和地下鹽水海洋，木衛二上劇烈的板塊構造等，至今對人類探索木星和外太空有著重要的啟發。
1995年12月，“伽利略號”進入環木星軌道。
2003年9月21日，“伽利略”號探測器墜毀於木星，結束了其近14年的太空探索生涯，與“伽利略”號探測計劃有關的約1500名各界代表聚集在一起為其“送終”。它旅行了28億英里，它的終結日期比原來預計的晚了六年。
伽利略號繞木星飛行了34圈，觀測結果大大增進了人們對木星和四顆伽利略衛星的瞭解。1995年12月，伽利略號軌道器釋放一枚木星大氣探測器，獲得了有關木星大氣層的第一手探測資料。
木星作為一顆氣態巨行星，可以說是太陽系八大行星中體積最大、自轉最快、最神秘的行星。人類走出地球之後，看到的最顯眼的星球就是木星，因此對它的探索也非常頻繁。
為了一睹木星的“真容”，揭示其“內心”，NASA已先後向木星派出了8個探測器，這些探測任務對木星的大氣層、表面、衛星及環進行了研究，它們分別是：“先驅者10”號（1972年3月2日）、“先驅者11”號（1974年12月）、“旅行者1”號（1977年8月）、“旅行者2”號（1977年9月）、“尤利西斯”號（1992年2月）、“伽利略”號（1995年12月）、“卡西尼”號土星探測器（2000年）、“新地平線”號冥王星探測器（2007年）。
“伽利略”號探測器任務結束之後，又過了13年，美國又發射了更先進的木星探測器——“朱諾號”飛船。它是在2011年8月5日發射升空，在2016年進入木星軌道，開始對木星進行長期的探測。“朱諾號”是迄今人類距離木星最近的航天器，它的一個強大優勢在於可以多次來回進行低空穿越木星大氣。2018年2月，美國航空航天局（NASA）公佈了由“朱諾”號衛星拍攝到的一組木星南極的圖像，醒目的藍色漩渦以華麗的圖案扭曲變幻，創造了令人驚歎的奇觀。
到目前為止，還沒有宇宙飛行員冒險進入到木星的大氣層，但科學家們認為，那隱藏在神秘雲層和風暴下面的世界他們已能推斷出。
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