木卫二由伽利略于1610年发现，是木星的第六颗已知卫星，是木星的第四大卫星，在伽利略发现的卫星中离木星第二近，。木卫二比地球的卫星月球稍微小一点，直径达到3100公里，是太阳系天体系统中的第六大卫星和第十五大天体。哈勃望远镜的观察揭示出木卫二有一个含氧的稀薄大气。
1989年10月18日，伽利略号从“亚特兰蒂斯”号航天飞机上发射，是美国航天局第一个直接专用探测木星的航天器，于1995年12月抵达环木星轨道。飞船配备着摄像机、近红外勘测分光仪、磁强仪、测云仪、大气结构仪等17种科学仪器，用于木星大气层构成、云层结构、温度、磁场等方面的勘测和研究。期间环绕木星进行科学考查的伽利略号飞船所采集到的磁场数据表明，木卫二在木星磁场的影响下自身能够产生一个感应磁场，这一发现暗示着，其表层内部很可能存在与咸水海洋相似的传导层，木卫二可能还有一个金属性的铁核。“伽利略”号探测器在2003年9月21日坠毁于木星，以此结束其近14年的太空探索生涯。
木卫二表面最突出的特征就是那些张牙舞爪地布满整个星球的暗色条纹。规则的纹路，以及宽条纹夹有浅色的细纹，这些形态很可能是由表层冰壳开裂较温暖的下层物质暴露而引起的冰火山喷发或间歇泉所造成。据推想，大部分的裂痕是由木星所施加的强大的潮汐压力所造成。
木卫二另一个显著的特征就是遍布四野的或大或小或圆或椭的暗斑，光滑的暗斑是“暖冰”冲破表壳时有融水渗出所造成，那些粗糙杂错的斑痕是由大量细小的表壳碎片镶嵌在暗色的圆丘中所构成，就像是地球上极地海洋中漂浮的冰山。
木卫二的表面温度在赤道地区平均为-163 ℃，两极更低，只有-223 ℃，所以表面的水是永久冻结的。但是潮汐力所提供的热能可能会使表面冰层以下的水保持液态。因此即使地下海洋切断了太阳能来源，但是热量和液态水也有可以孕育生命。如果身处木星的卫星木卫二，可以看到高达200千米的壮观喷泉，这可能是木卫二冰冻表面下隐藏着一个巨大海洋的最好证据。
美国航天局2013年12月11日宣布，在木卫二表面首次发现了黏土型矿物，这意味着木卫二可能存在对形成生命至关重要的有机物。木卫二表面布满了冰层，冰层温度在零下26度左右，冰层下有海洋，比地球最深的海洋还要深96公里。
美国和德国研究人员2013年12月12日在《科学》杂志上报告说，他们利用哈勃太空望远镜于2012年11月和12月以及1999年所拍摄的图像，确定在木卫二南半球的两个不同区域有着过多的氢和氧。可以说明木卫二的氧并不是生物形成的，它最可能是由于太阳光中的电荷粒子撞击木卫二的冰质表面而产生水蒸气，然后分成氢气和氧气，氢气脱离，留下了氧气。
2011年8月5日12时25分，朱诺号木星探测器从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角点火升空，开始踏上远征木星之旅。北京时间2016年7月5日中午，美国宇航局召开新闻发布会，宣布已在太空飞行4年11个月的“朱诺”号成功进入木星轨道，这是自2003年“伽利略”号结束木星探测任务以后，13年来首颗绕木星工作的探测器。
2016年9月26日消息，美国宇航局专家杰夫·尤德称，木卫二的地下海洋被认为是太阳系中最有希望存有生命的地方。
2017年2月2日，美国宇航局“朱诺号”探测器第四次成功飞越木星。此次“朱诺号”探测器达到近木星点最近距离，该探测器距离木星顶端云层大约4300公里。朱诺号探测器的8个科学勘测设备和朱诺相机在此次勘测中收集了大量数据，目前已传送至地球。
如今许多科学家都相信，木卫二表面没有陆地，而在厚厚的冰层之下存在着一个覆盖全球的海洋，海洋深度大约为160公里。木卫二的海底环境与地球海洋底部的“热液出口”具有极大的相似性。众所周知，地球海底热液出口处存在着许多生命形态。最新研究表明，木卫二的海洋正在吸收大量的氧气，它所吸收的氧气量比此前的模拟预测结果还要多得多。科学家认为，这些氧气足够支持多种生命形态的存在，从理论上讲，木卫二海洋中至少应该存在300万吨类鱼生物。
尽管目前还不能说那里肯定存在生命，但我们至少知道那里的物理环境支持生命的存在。所以木卫二是太阳系中除地球最有希望存在生命的地方。
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