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火卫一
火卫一，又稱為「福波斯」（英語：Phobos；希臘語：；系統名稱：Mars I），是火星的两颗自然卫星中，距离火星较近且较大的一颗，平均半径为11.1公里，是另一颗卫星火卫二的1.8倍。火卫一的名字是福波斯（意思是害怕），是希腊神话中的战神阿瑞斯（在罗马神话中名叫玛尔斯）之子。
火卫一是一个形状不规则的小天体。围绕火星运动，轨道距火星中心约9400公里，也就是距离火星表面6000公里。火卫一到其母星的距离，比其他已知行星的卫星都要近。火卫一是太阳系中反射率最低的天体之一。火卫一上有一个巨大的撞击坑，叫斯蒂克尼撞击坑。由于轨道离火星很近，火卫一的转动快于火星的自转。因此，从火星表面看，火卫一从西边升起，在4小时15分钟或更短的时间内划过天空，在东边。由于轨道周期短以及潮汐力的作用，火卫一的轨道半径會逐渐变小，最终它将撞到火星表面，或者破碎形成火星环。
火卫一 发现
火星的2颗卫星均是在1877年发现的。火卫一是由天文学家阿萨夫·霍尔在1877年8月18日格林威治标准时间09:14，于华盛顿特区的美国海军天文台发现的。（如果采用当代的数据，按1925年前的天文惯例，一天从中午起算，是在华盛顿标准时间8月17日16:06发现的）。霍尔在1877年8月12日07:48（UTC）还发现了火星的另外一个卫星，火卫二。卫星的名字是由伊顿公学的科学教员亨利·马丹（1838-1901）提议的，来自《伊利亚特》第15卷，书中描述了阿瑞斯召见得摩斯（Deimos，意为恐惧）和福波斯（Phobos，意为害怕）。
火卫一 物理特征
火卫一是太阳系内反射率最低的天体。它的光谱上和D-型小行星接近，从表面上看，它的成分类似于碳質球粒物质。火卫一的密度非常低，不可能是实心的岩石。而具有相当多的空隙。这些结果让人想到，火卫一可能是一个大的冰库。光谱观测表明，表面土壤缺水，但这并不排除风化层以下有冰。
很早就有人预测，火卫一和火卫二会产生稀薄的尘埃环，但到目前为止尚未发现。最近火星全球勘察者的图像说明，火卫一上覆盖着一层厚度大于100米的细颗粒土壤，按照假说，这是由其他天体撞击形成的，但不知这些物质是如何附着在几乎没有重力的天体表面的。
火卫一外形不规则，其尺寸是27×22×18km。
火卫一 物理特征
火卫一上布满了撞击坑，尽管火卫一很小，位于赤道附近的一个撞击坑中心还有一个山峰。火卫一最突出的表面特征是斯蒂克尼撞击坑，这是用阿萨夫·霍尔妻子的名字，安杰琳·斯蒂克尼·霍尔命名的。斯蒂克尼是她的闺名。正如土卫一的撞击坑赫歇爾撞擊坑，形成斯蒂克尼的撞击可能几乎把火卫一撞得粉碎。火卫一形状古怪的表面上有很多的沟槽和条纹。沟槽典型的深度在30米以下，宽100到200米，长达20千米。最初认为，这都是由形成斯蒂克尼的同一次撞击造成的。然而，火星特快车的结果表明，这些沟槽并非在斯蒂克尼的径向。而是集中在火卫一轨道迎风面的顶端（离斯蒂克尼不远）。研究人员怀疑，这是由撞击火星溅射出来的物质凿出来的。这样，这些沟槽实际就是一串撞击坑。这些沟槽在靠近背风面时就逐渐消失了。根据其不同的年代，这些沟槽可以分为12组，代表至少12次火星撞击事件。在灶神星上也有这样的沟槽，但科学家们目前并不认为这些沟槽具有相同的成因。
只有一塊名為凯顿的陨石被认为是来自火卫一，但这也很难确认，因为目前对火卫一的成分还知之甚少。
火衛一上的撞擊坑，以格列佛遊記的人物和研究火衛一的著名天文學家命名。
火衛一上的區(地形特徵與周圍環境明顯不同)，以格列佛遊記的地名命名。
火衛一上的平原，以格列佛遊記的地名命名。
火衛一上的皺脊，以著名天文學家命名。
火卫一 轨道特性
火卫一与其母星超乎寻常的近，由此产生了一些很奇特的效果。火卫一的轨道低于火星的同步轨道，结果就是它的运动快于火星的自转。因此，每个火星日，火卫一差不多有2次（每11小时6分）从西边升起，飞快地划过天空（4小时14分或更短），在东边落下。由于火卫一的轨道低且在赤道面内，在火星上，纬度高于70.4°的地方，火卫一就位于地平线以下了。由于轨道很低，从火星上看，火卫一的角直径随其在天空的位置而变化。在地平线上，火卫一是0.14°，在天顶是0.20°，宽度是从地球上看到的满月的1/3。作为对比，在火星天空，太阳的视角是0.35°。从火星上观测，火卫一的星相是0.3191天（火卫一的朔望周期），只比火卫一的恒星周期长13秒。
从火卫一上看，火星比从地球上看到满月大6400倍，亮2500倍，占半个天球宽度的1/4。火星－火卫一的拉格朗日L1点位于斯蒂克尼撞击坑上方2.5km，离火卫一表面的距离近得不可思议。
火卫一 轨道特性
火星表面上的观测者会看到火卫一定期凌日。机遇号火星车拍到了几次这样的凌日。凌日期间，火卫一的影子会投射到火星表面上，这被好几个火星探测器拍摄到了。火卫一不够大，不能覆盖整个日盘，因此不可能引起日全食。
火卫一的周期短于一个火星日，由于潮汐减速，火卫一的半径正以每个世纪20米（每年20厘米）的速度逐渐减小。估计在一千一百万年后，它将撞上火星表面，或者很有可能成为火星环。假定火卫一的形状不规则，是一堆石头（特别的摩尔－库伦体），计算表明，目前火卫一对于潮汐力还是稳定的。但如果轨道半径下降略大于2000千米，即下降到7100千米左右，估计火卫一就将越过刚体洛希极限。更新的计算说明，破碎的时间大约为距今760万年的未来。在这个距离上，火卫一可能将破碎形成一个环系统，这个环将继续缓慢地向着火星回旋运动。
火卫一 起源
火星卫星的起源目前仍有争议。火卫一和火卫二和碳质小行星（C型小行星）有很多共同之处，其光谱、反照率以及密度与C型或者D型小行星很相似，因此有一种假设是2个卫星都是被捕获的主带小行星。2个卫星的轨道很圆，几乎就在火星的赤道面内。因此，就需要一种机制，把初始偏心率高且倾斜的轨道调整为赤道面内的圆轨道。这种机制很可能就是大气阻力加上潮汐力，但对于火卫二，还不清楚是否有足够的时间来完成这种轨道调整。捕获还需要能量的耗散。对于目前的火星，要通过大气阻尼来捕获火卫一大小的天体，大气太稀薄了。杰弗里·兰迪斯指出，如果是双小行星，是可能被捕获的，并在潮汐力作用下彼此分开。
火卫一 起源
火卫一可能是太阳系的第二代天体，是在火星形成后才合成的，而不是从形成火星的星云中与火星同时诞生的。
另外一个假设是，火星周围曾经有很多火卫一、火卫二大小的天体，可能是火星与大的星子撞击溅射出来的。火卫一内部多孔（根据其密度1.88g/cm3，估算空洞占火卫一体积的25%-35%），这与其来自小行星的假设不相符。对火卫一的热红外观测表明，其成分主要是层状硅酸盐，众所周知，这是火星表面上的物质。火卫一的光谱不同于各种球粒陨石，再次说明它并非源自小行星。两方面的发现都说明，火星被撞击后，溅射出来的物质在火星轨道上重新吸积，形成了火卫一。这与月球的主流起源理论类似。
火卫一 斯科洛夫斯基“火卫一空心”假说
1950年代末至1960年代，火卫一特殊的轨道特性让人们想到，火卫一可能是空心的。
1958年前后，在研究火卫一的长期加速时,俄罗斯天文学家艾欧斯·塞姆洛维奇·.斯科洛夫斯基提出，火卫一是“薄层金属”结构。这个假说甚至让有些人猜想火卫一是人造的。斯科洛夫斯基根据对火星高层大气密度的估计，推断如果大气的微弱刹车效应能使火卫一长期加速，火卫一必须非常轻——计算出一个外径16km（9.9英里）但厚度不到6cm的空心铁球。1960年，当时美国总统艾森豪威尔的科学顾问弗雷德·辛格在致航天杂志的信中谈到斯科洛夫斯基的理论：
火卫一 斯科洛夫斯基“火卫一空心”假说
此后，人们发现辛格预计的系统误差确实存在，因此对假说产生了异议。1969年，有了精确的轨道测量，说明并不存在这种不一致性。但辛格的异议也不无道理，因为早期的研究过高估计了高度的减小速度（5cm/年），后来修正后，为1.8cm/年。现在认为，长期加速的原因是潮汐作用，而早期的研究并没有考虑这个因素。目前，已经有飞船对火卫一的密度直接进行了测量，为1.887g/cm3。目前的观测认为，火卫一是一个石头堆。此外，七十年代早期海盗号探测器获得的图像明确显示，火卫一是个天然的天体，不是人造的。
然而，根据火星快车的测绘计算得到的体积确实说明卫星内部存在空洞。火卫一並非一块实心的岩石，而是一个多孔的物体。火卫一的孔隙率的计算值是30%+/-5%. 颗粒和石块间的空隙大多较小（mm到约1m）。
火卫一 探测
已經有幾個飛船给火衛一拍攝了近照。這些飛船的本身的任務是對火星成像，最早是1971年水手9號，此后是1977年海盗1號，1998年、2003年火星全球勘察者，2004年，2008年和2010年火星快車，2007年和2008年火星偵查軌道器。2005年8月25日，勇氣號火星車由於風吹散了太陽電池板上的塵土，獲得了額外的能量，从火星表面拍攝了幾張曝光時間較短的夜晚天空照片，照片上可以清楚看到火衛一和火衛二。專門的火衛一探测器是1988年發射的蘇聯的福布斯1號和福布斯2號。前者在奔火途中就失踪了，後者（包括著陸器）返回了一些數據和圖像，但在開始衛星表面詳查後不久就失效了。其他的火星任務採集了更多的數據，但下一個專門的任務是2011年發射的採樣返回任務。
火卫一 探测
俄羅斯太空局在2011年11月發射了名為「福布斯-土壤」的火衛一土壤採樣任務，返回艙中還包括一個行星學會的生命科學實驗——生命星際飛行試驗（LIFE）。参加此次任務的還有中國國家航天局計畫送進火星軌道的探測飛船螢火一號，以及科研用的土壤研磨和篩分設備。然而，在到達地球軌道後，福布斯-土壤探測器未能接續點火向火星前進；在一連串嘗試失敗後，最終在2012年1月15日墜毁於地球上。
據報導，2007年歐洲航空國防航天公司（今空中巴士公司）旗下的阿斯特里姆公司規劃了一個到火衛一的技術演示任務。阿斯特里姆公司目前参与歐洲太空總署的一个火星采样返回任务，这个任务是曙光女神計劃的一部分。将一个航天器送往重力场很小的火卫一，是测试验证最终到火星采样返回任务的好途径。这个任务规划于2016年启动，将持续3年。公司机将使用一个离子推进的“母船”，释放一个着陆器到火卫一表面。着陆器将进行一些测试和实验，把样品采集到一个舱内，然后返回到母船上，返回地球，样品将被投掷到地面，等待回收。
火卫一 探测
2007年，加拿大太空總署资助了Optech公司和火星研究所的一项研究，这是到火卫一的无人探测任务，名叫PRIME（，火卫一侦查和国际火星探测）。建议PRIME飞船的着陆地点为火卫一的独石，这是斯蒂克尼坑附近的一个明亮的物体，投射下了明显的影子。2009年7月22日，C-Span采访航天员巴兹·奥尔德林时，他提到这个独石说，“我们应该大胆去往人类没有去过的地方。飞跃彗星，访问小行星，访问火星的卫星。这个土豆形状的天体每7个小时绕火星一圈，上面的独石是一个很特别的结构。人们发现后就提问：是谁把这个东西放在那里的？是宇宙放的，如果你愿意，也可以说是上帝放的……”PRIME任务将包括一个着陆器和一个轨道器[62]，分别将携带4个仪器，用于研究火卫一的各种地质特征。到2009年4月20日，PRIME还没有明确的发射计划。
2008年，NASA格林研究中心开始研究使用电推进的火卫一火卫二采样返回任务。该项研究形成了Hall任务概念，一个新的前沿级任务，目前仍在进一步的研究中。
火卫一 探测
已经有人提出，火卫一是载人登陆火星任务的早期目标。由人类在火卫一上对火星上的机器人进行遥操作，可以保证没有显著的时间延迟。行星保护主义者所担心的火星早期探索所涉及的问题，通过这种方法也可以得到解决。同样，火卫一也是载人登火星任务的目标，因为在火卫一上登陆比在火星表面登陆要容易和便宜很多。奔向火星的着陆器需要在没有任何辅助设备的情况下，能够进入大气，随后返回到轨道上（这种能力载人航天器还从来没有尝试过），否则就需要在当地建设辅助设备（一个殖民或支撑任务）。而火卫一的着陆器，只需要根据月球着陆器和小行星着陆器来进行设计。人类对火卫一的探测，可以成为人类探火星的催化剂，这本身就是激动人心而且从科学上有价值的。
火卫二
火衛二又稱為「得摩斯」（英文名稱：Deimos，1.發音： /ˈdaɪməs/ DY-məs;2./ˈdiːməs/ DEE-məs; 希臘語：;或是o DAY-moce or DEE-moce）是火星較小和較外側的已知衛星，另一顆是火衛一 (福波斯)，它们在整个太阳系中也是相当小的存在甚至小于诸多小行星。火衛二的平均半徑為6.2（3.9英里），逃逸速度為5.6 m/s (20 km/h)。與火星的距離是23,460（14,580英里），以30.3小時的週期環繞火星，軌道速度為每秒1.35公里。它的系統名稱是Mars II。
火卫二 發現
火衛二戴摩斯是阿薩夫·霍爾於1877年8月12日大約07:48 (UTC)在華盛頓特區的美國海軍天文台發現的 (在當時記載的時間是使用開始於一天中午的天文約定華盛頓平時「8月11日14:40」，所以必須加上12小時才是當地的地方平時) 。在刻意尋找火星的衛星之後，霍爾在1877年8月18日大約09:14GMT也發現了火衛一（福波斯）。
火衛二被命名為Deimos，是希臘神話中表示恐懼的形像。這個名稱最初被拼寫為Phobus和Deimus，是依頓的科學教師亨利·瑪丹 (1838–1901) ，依據伊利亞德這本書第十五章的敘述：此處阿瑞斯 (羅馬神話為馬爾斯) 召喚了害怕 (得摩斯) 和畏懼 (福波斯) 所建議的。
火卫二 特徵
火衛二，像福伯斯一樣，光譜、反照率和密度都與C型或D-型小行星相似。它也與多數小天體一樣，高度的非球形，大小為15 × 12.2 × 10.4公里。火衛二的組成是富含碳的岩石，與C-型小行星和碳質球粒隕石非常相似。它有坑穴，但是表面因為風化和表岩屑的部分填充而比火衛一平滑。這些表岩屑是有大量的氣孔，使用雷達估計的密度只有1.1公克/立方公分。兩個最大的坑，斯威夫特和伏爾泰，的直徑大約都是3公里。
火衛二的軌道接近圓形，並且接近火星的赤道平面。火衛二，火星較外側的衛星，可能是小行星受到木星的攝動，進入可以被火星捕獲的軌道，但是這種假說依然有著爭議和受到反對。火衛一和火衛二的軌道都幾乎是圓形，而且鄰近火星的赤道平面，捕獲說需要一種機制才能將最初是高离心率的軌道變成圓形，和調整其傾斜度進入赤道平面，最有可能的是大氣阻力和引潮力，然而目前並不清楚需要多久的時間才能讓火衛二發生這樣的改變。
火卫二 特徵
從火星看火衛二，它的視直徑不會超過2.5角分 (60角分為1度)，只是從地球看月球的12分之一，因此以肉眼看只像是一顆星點。當它最亮時 (“滿月”)，它的亮度大約接近從地球看見的金星；在上弦和下弦的亮度則與織女相近。用一架小望遠鏡觀賞，在火星上的觀測者可以看出火衛二的相位，它以1.2648天 (火衛二的朔望週期) 來完成一次相位的變化。
不同於火衛一以極高的速度公轉，使它實際上是西升東沒；火衛二是東升西沒的，且火衛二正逐漸遠離火星。但是火衛二與太陽的會合週期大約是30.4小時，超過了火星24.7小時的火星太陽日 ("sol")，這少許的時間差異，使在火星赤道上的觀測者隔2.7天才會觀察到它出沒一次。
因為火衛二的軌道相對而言是接近火星，而且對赤道平面的傾斜也很小，因此在火星上緯度高於82.7°極區看不見火衛二。
從火星尚可以周期性地看見火衛二從太陽前方通過。但它因為太小而不會造成日全食，只會是出現一顆穿越太陽表面的小黑點。它的角直徑僅是從地球上看到金星凌日時，金星視直徑的2.5倍。在2004年3月4日，火星漫遊車機會號拍攝到火衛二凌日的影像；2004年3月13日，精神號也拍攝到另一次凌日。
火卫二 起源
火星衛星的起源仍然有爭議，主要的假說認為不是捕獲就是吸積。因為它們的組成與C型或D型小行星相似，一種假說認為火衛二是從小行星帶捕獲進入火星軌道的小天體，因為捕獲需要消耗能量，所以潮汐力或大氣拖曳使它們的軌道成為接近圓形。但目前的火星大氣層太稀薄了，不足以經由大氣拖曳捕獲火衛一這種大小的天體。但傑佛瑞·蘭迪斯已指出，如果原來是聯小行星，被潮汐力扯開則有可能，主要的假設是二擇一的讓衛星存在於現在的位置。 另一個假說認為過去有許多像火衛一和火衛二大小的天體環繞著火星，或許因為與微行星碰撞才被彈入現在的軌道。
火卫二 表面特徵
火衛二上已經命名的地理特徵只有兩個撞擊坑。。
火衛二上的撞擊坑，以在發現火星有衛星之前就推測火星有衛星的文學作家命名。
火卫二 同名的物體
USS Deimos (AK-78)是美國海軍依據火衛二命名的卡特級貨船。
木卫一
木衛一（英語：，音译为埃歐）是木星最近的衛星，属于伽利略衛星。直徑為3,642公里，是太陽系第四大衛星。名字來自宙斯的一位戀人：伊俄，亦是赫拉的女祭司。
木卫一有400座左右的活火山，是太陽系中地質活動最活躍的天體。木卫一內部受到木星牽引，因潮汐摩擦產生潮汐熱化，使其地質活動变得极端。有些火山造成的硫和二氧化硫可以攀升到500公里（310英里）的高度。木卫一表面也有超過100座山峰，在矽酸鹽的上经过多次壓縮而升高，其中有些比地球上的珠穆朗玛峰還要高。大多數外太陽系衛星都主要由水冰组成，但木卫一具有鐵或硫化鐵的熔融核心，外面的地壳主要由矽酸鹽组成。木卫一表面上多数是广阔的平原，由硫和二氧化硫包覆。
木卫一特别的表面特徵由其火山活動使然。火山和熔岩流对表面造成巨大變化，因产生硫的同素异形体和化合物，使其呈现黄、红、白、黑、绿色。一些熔岩流长达500公里，清楚呈现在表面上。火山活动产生的物质组成了木卫一稀薄的大气层，也大幅影响木星磁层的性质和放射水平。木卫一的火山喷出物也在木星产生一个巨大的等离子环，在自己周围造成猛烈的放射环境。木卫一每天获得约3600（36 Sv）的游離輻射。
木卫一
木卫一与其他木卫在17和18世紀的天文學中扮演了一個重要的角色，它在1610年與其他的伽利略衛星一起被伽利略發現。這個發現促成了太陽系的哥白尼模型被接受，約翰·克卜勒發展出了行星運動定律，和奧勒·羅默首先測定光速。從地球來看，在19世紀後期和20世紀初，木卫一只是一個光點，直到我們有能力解釋它表面大規模的特徵，例如暗紅色的極區和明亮的赤道地區。在1979年，兩艘航海家太空船揭露木卫一是一個地質活躍的世界，有許多火山活動的特徵，大山和年輕的表面，沒有明顯的撞擊坑。伽利略號在1990年和2000年的早期多次執行接近和飛掠過木卫一的任務，得到了木卫一內部結構和表面組成的數據資料。這些太空船也揭露了衛星和木星的磁層之間的關係，和在木卫一圍繞的軌道上存在著輻射傳送帶，即伊俄环。木卫一每天接收的游離輻射劑量約為3,600雷姆（相當於36西弗）。在2007年的前幾個月，新視野號在前往冥王星的旅程中，於飛掠過木卫一時繼續進行探測。
木卫一 命名
當初西門·马里乌斯（）並不期望自己也是伽利略衛星的獨立發現者，所以西門·馬里烏斯把這些衛星留名。他於1614年出版《西門·馬里烏斯的木星世界》，他在書中將木星最內側的大衛星以希臘神話的木卫一來命名，她是眾神之王宙斯（在羅馬神話中稱為朱比特）眾多的戀人之一。西門·馬里烏斯的命名早期並未受到各界的認同與採用，一直到20世紀中葉才逐漸普遍使用。在早期絕大多數的天文文獻中，木卫一都被簡單的以羅馬數字標示為“”（這是伽利略建議的命名系統），或是稱為“木星的第一顆衛星”。最常用的名稱則是形容詞型式的名稱：愛奧尼亞。
木卫一 命名
木卫一上的地型特徵和地點都使用與木卫一、火、火山、太陽和雷神等各種相關神話故事，其特徵和地名都來自但丁的地獄，名字都適當的對應地表火山的本質。由於這些表面都是航海家1號首度看見，國際天文聯合會批准了225個對於木卫一的火山、山脈、高原和高反照率地形的名字。這些核定使用木卫一的名稱包括 ：有沉積物的火山、：山、：頂部平坦，周圍陡峭的突出地、 ：高原、：小山或丘（各種不同型態的山，以型態的特徵如大小、形狀、和高度等使用的項目），：熔岩流、：峽谷（熔岩渠道）、 ：廣闊的高反照地形和：先被流束活動標示的特殊火山活動的地點。這些特殊地形名稱的例子有普羅米修斯火山、潘平頂山、陀湿多火山口和楚耶熔岩流。
木卫一 觀測的歷史
木卫一的第一份觀測報告是伽利略在1610年1月7日提出的。木卫一和木星其它伽利略衛星的發現被發表在伽利略於的1610年3月出版的星界報告。西門馬里烏斯於1614出版的馬里烏斯木星報中聲稱，他於1609年就發現了木卫一和木星的其它衛星，比伽利略早了一個星期。伽利略質疑這個聲明，並且反駁馬里烏斯剽竊、抄襲他的成就。因為伽利略在馬里烏斯之前就發布了他的發現，而且相信馬里烏斯也知道這件事。
在後來的兩個半世紀，木卫一仍未被解析過，在天文學家的望遠鏡中仍然只是一個亮度5等的光點。在17世紀，木卫一和其他的伽利略衛星為各種各樣的目的服務，像是協助船員們進行經度的測量，驗證克卜勒的行星運動第三定律，和測量光線在旅行在木星和地球之間的時間。以卡西尼等人建立的星曆表為基礎，拉普拉斯創造了一種數學的理論來解釋木卫一、歐羅巴、和蓋尼米德的軌道共振。這種共振在日後發現對這三顆衛星的地質有深遠的影響。
木卫一 觀測的歷史
望遠鏡技術的改進，使19世紀末20世紀初的天文學家有能力在解析（能看得見）出在木卫一上大區域的表面特點。在1890年代，巴納德首先觀察到木卫一的赤道和極區之間在光度上的變化，正確的測量出這兩個地區的光度變化是來自顏色和反照率的不同，而不是因為木卫一呈現卵型，一如威廉·皮克林和他的同伴所主張的，而不是巴納德最初所主張的是兩個不同的天體。之後的望遠鏡觀測證實了木卫一很明確的在極區是紅棕色的，而赤道帶是黃白色的。
在20世紀中期的望遠鏡觀測開始注意到木卫一異常的本質。分光鏡的觀測暗示木卫一的表面沒有水冰（在其它的伽利略衛星上被發現含量豐富的物質）；同樣的觀測亦顯示其表面主要的成分是鈉鹽和硫磺。電波望遠鏡的觀測揭露了木卫一對木星的磁層有所影響，如被觀察到的十米的波長爆發與木卫一的軌道周期有關。
木卫一 觀測的歷史
通過木卫一附近的第一艘太空船是先鋒10號和先鋒11號這一對孿生的太空船，分別在1973年12月3日和1974年12月2日以無線電追蹤提供了木卫一質量的改善估計值、與木卫一尺寸的最佳值。認為木卫一是四顆伽利略衛星中密度最高的，主要是由矽酸鹽的岩石組成，而不是水冰組成的。先鋒號也揭露木卫一有稀薄的大氣層，軌道附近有強烈的輻射傳送帶。先鋒11號的照相機獲得的唯一一張好的照片，顯示了木卫一的北極地區。先鋒10號原先計劃在近距離的接近木卫一時拍攝照片，但是這項觀測因為高輻射的環境而失敗了。
當另一對太空船航海家1號和航海家2號在1979年掠過木卫一，它們更為先進的影像系統可以獲得更好的影像。航海家1號在1979年3月5日從20,600公里飛掠過這顆衛星，它傳回在接近的影像顯露很奇怪、多彩多姿卻沒有撞擊坑的。解析度最高的影像顯示出相對年輕的表面點綴著其形怪狀的凹坑，山比艾佛勒斯峰還要高，還有類似熔岩流的特徵。
木卫一 觀測的歷史
在短暫的邂逅之後，航海家工程師琳達·蒙娜碧朵注意到在一張影像中有一個流束從表面放射出來。分析航海家1號拍攝的其他影像後，總共找到9張有這種流束的照片，證實了木卫一有活躍的火山活動。在航海家1號邂逅木卫一之前不久，Stan Peale、Patrick Cassen、和R. T. Reynolds曾發表了一篇論文，作者計算出因為歐羅巴和蓋尼米德的軌道共振，木卫一的內部會有巨大的潮汐熱化（詳細的過程與解釋請參見潮汐熱的章節）。來自這次飛掠的數據顯示木卫一的表面由硫磺和二氧化硫霜控制著。這些成分也掌控著稀薄的大氣層和圍繞著木卫一軌道的電漿環（也是航海家發現的）。
航海家2號在1979年7月9日以1,130,000公里（702,150英里）的距離掠過，雖然他沒有航海家1號那麼接近，比較這兩艘太空船的影像顯示出在這五個月內表面有一些地區發生了變化。另一方面，航海家2號在離開木星的系統時觀察到木卫一呈現月牙型，並顯示出在3月觀測到的9個流束中的8個依然活躍著，只有佩莱火山已經熄滅了。
木卫一 觀測的歷史
伽利略號太空船從地球出發後經歷了6年的航程，於1995年抵達木星，依循航海家太空船的發現和地基天文台多年的觀測，繼續後續的觀測。木卫一的位置在木星最強烈的一條輻射帶之內，阻礙了近距離長時間飛掠的觀測，但是伽利略主要的任務就是研究伽利略衛星，在最初兩年的任務中軌道將進入並密切的經過這些衛星。在1995年12月7日飛掠過時雖然沒有獲得影像，但還是有重大的結果，例如發現類似於太陽系內側的岩石行星的巨大鐵核。
在伽利略的主要任務期間，儘管缺乏近距離特寫的鏡頭和機械上的問題，還是傳回來了許多的資料，並且有一些重大的發現。伽利略號觀測到了皮兰火山的主要爆發，並且證實火山爆發由矽酸鹽的岩漿和富含鎂的鐵鎂質和超鐵鎂質成分與硫磺和二氧化硫組成，類似於地球上的水和二氧化碳所扮演的角色。在任務的主要期間，幾乎每一條軌道都獲得了木卫一遠距離的影像，顯露很大數量的火山活動（來自表面和火山流束兩者的岩漿冷卻時都散發出輻射熱），眾多的山和廣泛的型態學上的變化，還有在航海家和伽利略的年代之間，以及伽利略不同的軌道期間，在表面發生的變化。
木卫一 觀測的歷史
伽利略號的任務在1997和2000年兩度的延展，在這些延長任務的期間，太空船在1999年末至2000年初，三度飛越木卫一；在2001年末至2002年初又再三度飛越。在這些遭遇時間的觀察透露了木卫一的火山和山的地質過程，排除了磁場的出現，並且證實了火山運動的程度。在2000年的12月，卡西尼太空船在前往土星的路程上與木星系統有過短暫的邂逅，與伽利略號聯合一起觀測。這次的觀測在陀湿多火山口發現了一個新的流束和證實觀察到了艾歐的極光。
在伽利略號之後的2003年9月，火熱的困境出現在木星的大氣層，地基望遠鏡觀測到木卫一有新的火山活動。特別是来自夏威夷凱克望遠鏡的自適應光學仪所獲取的影像，以及哈伯太空望遠鏡允許天文學家監測木卫一的火山活動。這些影像使得科學家无需通过太空探测器就可監測到木卫一的火山活動。
前往冥王星和柯伊柏带的探测器新視野號于2007年2月28日途中曾接近木星和木卫一。在接近木卫一期間，它獲得許多木卫一的遠距離觀測資料，包括陀湿多火山口的巨大流束，證實了该喷发流是自1979年在木卫一上觀測到佩莱火山第一道流束來最大的火山喷流。新視野號也捕捉到吉卢火山口在接近與進入早期噴發前的影樣，還有一些在伽利略號探测器就曾觀察到噴發的火山。
目前有兩個探測木星系統的計畫即將執行。朱諾號太空船在2011年發射，其拍摄能力雖受到限制，但它可以使用近紅外線分光儀（）提供木卫一的火山活動。歐羅巴木星系統任務（）是美国宇航局和欧空局合作的計畫，它已在2009年2月獲得批准，但預定发射日期是在2020年，并将使用二艘太空船来研究木卫一：美国宇航局的木星歐羅巴軌道者和欧空局的木星蓋尼米德軌道者。因為這兩艘太空船的主要任務是研究木星的冰衛星，所以對木卫一的觀察幾乎都处在较較遠的距離上，木星歐羅巴軌道者在進入環木卫二軌道前的2025年和2026年間，将四度接近與飛掠過木卫一，但目前欧空局的貢獻仍將面临该局其他項目的經費競爭。除了美国宇航局已經批准的這兩個计划外，還有幾個與木卫一相關的项目被提出。一個稱為木卫一火山觀測者的計畫將在2015年發射，它設定為發現級的任務，並將多次飛越木卫一，但這個計劃目前仍在概念研究的階段。
木卫一 軌道和自轉
木卫一以距離木星中心421,700 公里（262,000 英里）的距離，也就是距離雲層頂端350,000 公里（217,000 英里）的軌道繞行木星。它是木星的伽利略衛星中最內層的一顆，介於忒拜和歐羅巴之間。包括木星內側的衛星，木卫一是從木星內側算起的第五顆的衛星，它以42.5小時的週期繞行一周（快到足以在一個晚上就觀測出它的運動）。木卫一的平均軌道周期與歐羅巴有2：1的軌道共振，和蓋尼米德有4：1的軌道共振，即木卫一每繞行木星二周，歐羅巴即繞行一周；而木卫一每繞行四周，蓋尼米德繞行一周。這種共振協助木卫一維持軌道離心率（0.0041），並反過來為木卫一的地質活動提供主要的熱源（參見潮汐加熱的章節對過程有更詳細的說明）。沒有這強制的離心力，木卫一的軌道經由潮汐散逸，很快的就會圓化，成為一個在地質上較不活躍的世界。
木卫一 軌道和自轉
像木星的其他伽利略衛星和地球的月球一樣，木卫一的自轉是潮汐鎖定成和公轉周期一致的，使它永遠以同一面朝向木星。它的鎖定狀態也為木卫一的經度系統提供了定義的基準。木卫一的本初子午線交會於南北極並且通過赤道上的木下點；總是對著木星的這個半球稱為向木半球（），同時永遠背離木星的半球稱為背木半球（）。木卫一總是朝向木星的半球在軌道上的移動被稱為前導半球，而永遠在相反方向上的半球被稱為尾隨半球。
木卫一 與木星磁層的交互作用
木卫一在木星磁場的塑造中扮演著重要的角色，木星的磁氣層以每秒1 公噸的速率掃掠掉木卫一稀薄大氣層中的氣體和塵埃。這些材料的主要成分是離子化和原子狀態的硫磺、氧氣和氯、原子的鈉和鉀、分子的二氧化硫和硫磺，還有氯化鈉的塵土。這些材料的來源是木卫一的火山作用，但直接從木卫一的大氣層中逃逸到木星的磁氣層和太空中。這些材料依據他們被電離的狀態和構成，最後會在木星磁氣層內的輻射帶形成各式各樣中性（非離子）的雲彩，並在某些情況下，最後會被拋出木星的系統。
木卫一 與木星磁層的交互作用
圍繞著木卫一（到距離木卫一表面6倍半徑之處）的是中性硫、氧、鈉和鉀原子的雲。這些微粒起源於木卫一大氣層的上部，但是遭受到電漿環中的離子碰撞和其它的過程（後面再研究）激發而進入希爾球，這是木卫一的重力凌駕木星之上的區域；但有一些物質會逃逸出木卫一的引力並且進入環繞木星的軌道。大約超過20小時的周期，這些微粒將會從木卫一延伸形成香蕉的形狀，無論是在木卫一的軌道內側伸展至前方，或是在軌道外側落後在木卫一的後方，中性雲將從木卫一延伸遠達6倍木星半徑之處。使微粒被激發的碰撞過程偶爾也會在電漿環內提供鈉離子與電子，使那些中性的物質更快速的離開電漿環。但是這些微粒仍然保持它們原有的速度（70公里/秒，相較於木卫一的軌道速度只有17公里/秒），導致這些微粒像噴射一樣的率先從木卫一噴出。
木卫一 與木星磁層的交互作用
木卫一的軌道在被稱為木卫一電漿環的強烈輻射帶內。在這個環形甜甜圈形狀的電漿環中是發源於環繞著木卫一的中性原子雲，但被木星的磁氣層游離並被運載著的硫磺、氧、鈉和氯。不同於中性雲中的微粒，這些微粒與木星的磁氣層，以74公里/秒的速度繞著木星一起運轉（公轉）。像木星其餘的磁場一樣，電漿環對木星的赤道也有些許的傾斜（對木卫一的軌道平面亦同），這意味著木卫一有時在電漿環的上方，而有時又在電漿環的下方。如上所述，這些離子有較高的速度和能量會將木卫一大氣層中不帶電的原子和分子移除，使中性雲擴張。環由三個部分組成：外環，是溫環，駐留在木卫一的軌道之外；一個垂直延伸的區域稱為絲帶，由中性粒子區域和冷卻中的電漿組成，位置在木卫一到木星的距離環繞著；和內環，稱為冷環，由緩慢的朝向木星盤旋而去的微粒組成。大約平均在環內逗留40天，微粒會從溫環逃逸並造成廣大的木星磁層異常，它們向外的壓力使它從內向外膨脹。來自木卫一的微粒，被偵測到會隨著磁層內的電漿變化，並被新視野號偵測到進入了長長的磁層尾內。研究人員採用它散發的紫外線波長，研究在電漿環內相似的變化。但是這些變化未能與木卫一的火山活動明確的聯結在一起（最後成為電漿環內材料的來源），而這種連結對中性鈉的雲很容易就建立起來。
尤里西斯號太空船在1992年與木星邂逅時，偵測到來自木星系統的塵埃流
。這些塵埃粒子流顯然是不同的，平均的大小是10 μm，並且主要成分的是氯化鈉，以每秒數百公里的速度離開木星。由伽利略號對塵粒的測量，顯示這些塵粒流起源於木卫一，但是確實的形成機制如何，是來自木卫一的火山活動，還是來自表面被移除的物質，迄今仍不清楚。
木星的磁場線，被木卫一橫越，但經由木卫一孳生的電流以磁流管將木卫一與木星極區的上層大氣聯繫在一起。這股電流在木星極區的大氣層上引發被稱為木卫一足印的燦爛極光，微粒與極光的交互作用在黑暗的木星極區中發出可見光。木卫一和它在極光中的足印在相對於木星和地球之間的有利位置時，會對木星的無線電輻射造成巨大的影響：當木卫一在可以被看見的位置時，來自木星的無線電輻射有可觀的增加。目前正在執行中的朱諾號任務，應該能幫助弄清楚這些過程。
木卫一 結構
木卫一比地球的衛星月球略大一些，它的平均半徑是1,821.3 公里（比月球大約5%），質量是8.9319×1022 公斤（大約比月球多21%）。它的形狀略為橢球，而它最長的軸是指向木星的。在伽利略衛星中，木卫一的質量和體積都比蓋尼米德和卡利斯多小，但比歐羅巴大。
主要由矽酸鹽岩石和鐵組成，木卫一在外太陽系的衛星中比其他的衛星都更接近類地行星的結構主體，其它的主要由碎冰和矽酸鹽混合組成。木卫一的密度為3.5275 g/cm3是太陽系的衛星中密度最高的；明顯的比其他的伽利略衛星高，也比地球的月球要高。根據航海家號和伽利略號測量的衛星質量、半徑和四極重力係數（關於質量在內部如何分佈的數值）建立的模型，建議它的內部和外部之間是有所不同的，富含矽酸鹽的外殼和內部的地函，鐵或硫化鐵－富含在核心 ，金屬核心的質量大約佔了木卫一質量的20% 。依據核心中硫的含量，如果完全由鐵組成，核心的半徑在350至650公里（220至400英里）之間；如果由鐵和硫混和組成，核心的半徑則在550至900公里（310至560英里）。伽利略號的磁強計沒有測出木卫一內部的磁場，所以認為核心沒有對流。
木卫一 結構
模型也建議木卫一內部的組成，地函至少有75%由富含鎂的礦物橄欖石組成，並且有大量類似於L球粒隕石和LL球粒隕石的隕石，並且有更高的鐵含量（相較於地球的衛星月球的矽，但仍比火星低）要維持在木卫一上觀察到的熱流，10-20%的地函也許是溶解的，但觀察到高溫的火山作用地區，也許有更高的被熔解比例。由於廣泛的火山作用，木卫一的岩石圈主要由硫磺和玄武岩組成，它的厚度至少有12公里（7英里），但不會超過40公里（25英里）。
木卫一 結構
不同於地球和月球，木卫一內部的熱源主要來自潮汐散逸而不是放射性同位素的衰變，這是木卫一的軌道與歐羅巴和蓋尼米德共振的結果。這樣的熱化與木星和木卫一的距離、軌道的離心率、它的內部構造和物理狀態有關。它和歐羅巴與蓋尼米德的拉普拉斯共振，維繫了木卫一的離心率並且防止了它因潮汐散逸而使軌道變圓。軌道共振也幫助木卫一維持到木星的距離，否則木星湧起的潮汐將導致木卫一的軌道成螺旋形的逐漸由外向內的朝母行星接近。木卫一的潮汐隆起在軌道上的近木點和遠木點的時刻之間有著100米（330英呎）的垂直變化。由於這種潮汐拉扯在木卫一的內部產生了摩擦或是潮汐散逸，如果沒有軌道共振，這些將使得木卫一的軌道變得更圓；在木卫一的內部創造更大的潮汐加熱，使這顆衛星內部更多的地函和核心被熔化。如此產生的能量大於放射性衰變的200倍，這些熱量以火山活動的形式被釋放出來，造成在觀測上看見的高熱流（全球總量：0.6 至1.6×1014 瓦）。它的軌道模型認為木卫一內部的潮汐加熱會隨著時間而改變，並且目前的熱流也不是長時間平均的代表。
木卫一 結構
基於他們對月球、火星和水星等古老表面的經驗，科學家預期在航海家1號傳回的第地一張木卫一的影像上將看見許多的撞擊坑。橫跨在表面的撞擊坑密度可以提供木卫一的年齡，但是，他們很驚訝的發現在表面幾乎全無撞擊坑，取而代之的是光滑的平原，和在表面有著各式各樣大小的火山口和火山的熔岩流。與是各地地被觀測過的點來比較，木卫一的表面有著五顏六色的來自不同的硫磺組成的材料（比較起來木卫一的前導半球有著腐敗的橘子或是披薩的顏色）。缺乏撞擊坑表示木卫一的表面是很年輕的，像是地球的表面；火山口被它們製造的連綿不絕的火山物質掩埋掉。在航海家1號短暫的觀察下，證實了這個壯觀的情景，至少有9座活火山存在著。
木卫一五顏六色的表面是它廣泛的火山作用導致各種各樣材料的結果，這些材料包含矽酸鹽（例如直輝石類）、硫磺和二氧化硫 二氧化硫的霜橫跨並普遍的存在於木卫一表面，形成白色或灰色材料組成的廣大區域。散布在中緯度和極區的硫磺，經常受到輻射的破壞，造成穩定的8鏈硫磺被破壞。這種輻射的破壞使得木卫一的極區呈現紅褐色。
木卫一 結構
爆發的火山，經常產生傘形的流束，將表面塗裝上硫磺和矽酸鹽的材料。流束在木卫一表面的沉積物會依據流束內硫磺和二氧化硫數量的不同而呈現白色或紅色。通常，從包含大量S2的火山形成的流束，會導致紅色的扇形沉積，或是在極端的例子中，形成大的（高度達到450公里（280英里）的主要事例中）紅色環。一個流束形成紅色圓環沉積的明顯例子是裴蕾火山，這個紅色的沉積主要是硫磺（通常是3或4鏈的硫磺分子）、二氧化硫、或者還有Cl2SO2。形成在矽酸鹽熔岩邊緣的流束（通過熔岩和先前已經沉積的硫磺和二氧化硫）會造成灰色或白色的沉積。
由木卫一的結構圖和高密度，認為木卫一沒有或是只有少量的水，雖然偵測到含冰屑或含水礦物的小礦穴，最著名的是在吉什巴尔山脉（）的西北側。水的缺乏可以歸咎於木星在早期有足夠的熱，在太陽系的演化過程中將在木卫一附近的揮發性物質，像水，都蒸發掉了，但熱不足以影響更遠處的地方。
木卫一 結構
由木卫一的軌道離心率引發的潮汐熱迫使该衛星成為太陽系中火山活动最活躍的天體，有數百座火山中心和四處流竄的熔岩流。當發生大规模噴發時，成分主要为玄武岩的矽酸鹽與富鐵鎂質或超鐵鎂質岩的熔岩流長度十倍於平時，可長達數百公里。做為這些活動的副產品，硫磺、二氧化流和矽酸鹽碎屑等物質（像是灰燼），可被吹送至500公里（310英里）的高空中，形成巨大的伞状流束，為周圍地表提供了紅、黑、白等彩繪材料，并为木卫一大气层和木星广阔的磁层提供了大量的補充物。
木卫一 結構
木卫一的表面有許多由沉積物構成，被稱為火山口的點，火山口一般都有高聳的坑壁和较大范围的平坦表面。這些特徵類似地球上的破火山口；他們是否如同地球上的表亲一樣，是由一些崩塌的熔岩管所构成，但這些仍都是未知的。有一種假說認為這些地貌可已經由發掘火山形成的岩層，和被疊加進入或排除在岩層上的材料來鑑識。不同於地球和火星的特徵，這些沉積物沒有在盾狀火山中心的尖峰，並且更為巨大，它們的平均直徑是41公里（25英里），最大的洛基火山口直徑達到202公里（126英里）。無論形成的機制是如何，許多火山口的型態學和分布狀態建議這些特徵是受到結構上的控制，或者至少有一半與山或斷層有關。這些特徵通常是火山爆發的特徵，可能是熔岩流橫越過火山口內的平原，像是2001年吉什巴尔火山口的噴發，或是熔岩湖的形成。在木卫一的熔岩湖有一個會持續翻轉的熔岩外殼，像是裴蕾火山，或是有著翻轉情節的外殼，像是洛基火山口。
木卫一 結構
熔岩流代表木卫一另一種的主要火山地形。岩漿從火山口表面的出氣孔或裂縫噴發出來，產生膨脹，形成的熔岩流類似地球上在夏威夷的啟勞亞火山。來自伽利略號的影像顯示木卫一許多的主要熔岩流，像是普羅米修斯火山和阿米拉尼火山，是在舊的熔岩流上產生小的斷裂處上方產生新熔岩流的堆積。在木卫一上也觀察到夠大的熔岩噴發，例如，從1979年旅行者號到1996年伽利略號的第一次觀測，普羅米修斯熔岩流锋就流動了75至95公里（47至59英里）。在1997年的一次主要噴發，產生了超過3,500公里2 （1,350英里）長的新鮮熔岩流，並且充斥在鄰近的皮兰火山口。
科學家分析旅行者探测器图像後，相信這些流體主要由熔解的各种硫化物所組成。但是隨後地基天文台和伽利略號的觀測卻顯示這些流體是由玄武岩與鎂鐵質和超鎂鐵質構成的。這樣的假說是依據對木卫一的"熱點"進行溫度測量，或是熱輻射位置的結果，這些結果建議的溫度至少高達1,300 K，更有高達1,600 K的點，估計原始的噴發溫度可以達到2,000 K，但是因為當初使用錯誤的溫度模型將溫度塑造的過高，之後已經證實溫度被高估了
木卫一 結構
在佩莱火山和洛基火山口發現流束是證實木卫一有活躍的地質活動的一個標誌。通常，這些流束是硫磺和二氧化硫以每秒1公里（0.6英里）的速度從火山噴發出來所形成的，在流束中可以發現的物質還包括鈉、鉀和氯。這些流束看起來是由下面二種方法中的一種形成的。木卫一的流束最大的時候是當被熔化的岩漿從火山口或熔岩湖噴出硫磺和二氧化硫的時候，並經常會扯洩出矽酸鹽的火山碎屑，這些流束會在表面形成紅色（短鏈的硫磺）和黑色（矽酸鹽火成岩的碎屑）的沉積物。這些流束在木卫一表面被觀察到最大的是直徑達到1,000公里（620英里）的紅色環狀沉積，例如佩莱火山、陀湿多火山口和达日博格火山口，都是由者種形式的流束造成的。另一種形式流束造成的是當熔岩流將底部的二氧化硫霜氣化，將硫磺送上空中。照種形式的流束經常形成明亮的圓形二氧化硫沉積。這種形式的流束高度通常低於100公里（62英里），並且流束可以維持很長的壽命，像是普羅米修斯火山、阿米拉尼火山和產靈火山。
木卫一 結構
木卫一表面有100至150座山峰，平均高度為6公里，最高的一座是位於南極的博阿索利山脉，高達17.5±1.5公里。山峰通常都很巨大，平均長度是157公里，被隔絕的結構看起來沒有全球性的構造模式，跟地球上的山峰一樣。木卫一必須要有矽酸鹽岩石構成的地殼，才能支撐這些巨大的山峰，相較之下硫磺構成的地殼就不可能產生。
儘管木卫一廣泛的火山作用呈現出許多的特徵，幾乎所有的山都有來自地殼運動的結構。木卫一多數的山峰並非由火山所造成，反而是由岩石圈受到壓縮應力的結果而形成，這些是經由木卫一外殼經常性的掀動和逆斷層提高的。導致山峰形成的壓縮應力是來自火山沉積的物質不斷被埋葬的結果。全球性的山脈分佈看起來是與火山結構相對稱的；山峰分布區域只有少許的火山存在，反之亦然。這建議大尺度區域的岩石圈結構何處被壓縮（支持山的形成）和擴張（支持火山口的形成）所掌控。區域性的，然而山和火山口經常緊靠在一起，則是當山在形成並到達表面時曾經有斷層形成，而造成岩漿的侵蝕。
在木卫一上的山峰（通常是周圍的平原上升的結構）有各種各樣的型態。高原是最普通的，這種結構相似大、頂部平坦的方山與堅固的表面。其它的山看起來是被掀動的地殼，有著平緩斜坡的，是舊有的表面形成的；包括表層物質的陡坡，是下層物質受到壓縮應力抬昇的結果。這兩種山經常都有陡峭的陡坡形成一個或多個的邊緣。在木卫一上只有幾座山的源頭看起來是火山，這些山類似盾狀火山，坡度是平緩的（6–7°），中心有一個小的破火山口和沿著附近的淺傾斜邊緣。這些火山通常都比木卫一的山的平均大小為小，平均只有1至2公里（0.6至1.2英里）的高度，和40至60公里（25至37英里）寬。其它還有幾個傾斜度更平緩的盾狀火山，因為有熔岩流成輻射狀的從中央輻射而出，才從型態學上推斷是木卫一上的火山，像是拉火山結構。
幾乎所有的山看起來都在退化的階段上，大形的山崩沉積是木卫一上的山的地基共同的現象，因此崩壞作用被建議是退化的主要形式。在木卫一的方山和高原共同的特徵是扇貝狀的邊緣，這是二氧化硫從木卫一的地殼滲透，導致山的邊緣區域弱化的結果。
木卫一的大氣層極端稀薄，只有地球大氣壓力的十億分之一，主要的成分是二氧化硫，而氯化鈉、一氧化硫及氧也有少許。稀薄的木卫一大氣意味著未來以任何方式著陸木卫一的探測器都不需要安裝隔熱板來保護儀器，但是需要反推進火箭來進行軟登陸。稀薄的大氣也使得登陸的設備必需堅固得足以抗拒木星強烈的輻射，這些輻射也使稀薄的大氣變得濃稠。
同樣的輻射（以電漿的形式存在）也將大氣剝離，所以必須經常補充大氣。二氧化硫最引人注目的來源是火山作用，但是大氣層受到陽光持續的照射也會使凍結的二氧化硫昇華。大氣層主要被限制在赤道，因為該處是最溫暖的，而且能夠形成流束的活躍火山多數也在赤道上。其它的變化也會存在，以在火山口附近的密度最高（特別是有流束的火山口），還有木卫一的反木下點（木卫一上距離木星最遠的一點，那兒的二氧化硫霜的數量最豐富）。
衛星拍攝的高解析影像顯示，天文學家在衛星食的時候可以觀察到類似輝光的極光。這種現象是來自於輻射與大氣層的作用，如同地球的極光。極光通常出現在行星的磁極附近，但是木卫一最明亮極光卻位在赤道區域。木卫一本身沒有磁場，因此，電子沿著木星的磁場接近木卫一並直接撞擊到衛星的大氣層。越多的電子撞擊大氣層，極光就越明亮，而磁力線是與衛星正切的（也就是說接近赤道），因此在那兒經過的氣柱會最長。極光與木卫一上的正切點的結合被觀察到的「晃動」指出木星的傾斜磁偶極場變化方向。
木卫一 科幻作品中的木卫一
在亞瑟·克拉克的小說《2010太空漫遊》（2010: Odyssey Two, 1984年作品）中，提及发现号太空船對木衛一進行觀測，其船身被火山所噴出的硫磺所覆蓋。
在電視連續劇《巴比倫五号》（Babylon 5）中，木卫一是其殖民地之一。
在漫畫《機動戰士海盜鋼彈》中，木衛一（作品中稱為“伊奧”）是木星帝國的根據地的消息被洩漏給十字先鋒軍，因此十字先鋒軍決定向伊奧突擊。
木卫二
木衛二，又稱「歐羅巴」（英語：，IPA: /jʊˈroʊpə/；希臘語：），木星的天然衛星之一，由伽利略於1610年發現（不久之後又由西門·馬里烏斯獨立發現），是四顆伽利略衛星中最小的一顆。在已知的95顆木星衛星中，木衛二是直徑和質量第四大，公轉軌道距離木星第六近的一顆。木卫二稍微比月球小，主要由硅酸盐岩石构成，并具有水-冰地壳，和可能是一个铁-镍核心；有稀薄的大气层，主要由氧气组成；表面有大量裂缝和条纹，而陨石坑比较罕见，有在太阳系任何已知的固体物体的最光滑表面。
木卫二 木衛二的詞源
剛剛發現木衛二的時候，馬里烏思將之命名爲歐羅巴（芭，Europa）。歐羅巴是希臘神話中的美麗腓尼基公主，其他三顆伽利略衛星也由馬里烏斯以希臘神話人物分别命名爲埃歐（Io，木衛一）、蓋尼米德（Ganymede，木衛三）和；Callisto，木衛四），這四個人物皆以英俊或美麗著稱。但是在20世紀中葉以前，相當長的一段時期内，這一套命名並未獲天文學家所認可。早期的文獻中多以位置編號將「歐羅巴」稱作「木衛二」。1892年發現了木衛五，比之前已知的所有木星衛星都更靠内。1979年旅行者號探測器又發現了三顆內側衛星，至此，「歐羅巴」的位置排到了第六。儘管如此，編號名仍然承襲下來，並偶爾有使用，中文因對音等問題，亦通行以「木衛二」指稱「Europa」。
木卫二 軌道特徵
木衛二與木星之間的平均距離爲670,900公里，公轉一週只須三天半的時間。它的軌道十分接近正圓，偏心率僅0.009。跟其他的伽利略衛星一樣，木衛二也被潮汐鎖定，因而有一個半球永遠朝向木星。由木星和其他衛星不同方向的重力牽引所轉化成的熱和能量爲有可能發生的，冰層內部液化成海洋，以及驅動表層下的地質運動提供了必要的條件。
木卫二 物理特徵
木衛二的主體構成與類地行星相似，即主要由硅酸鹽岩石構成。它的表面由水覆蓋，據推測厚可達上百千米（上層爲凍結的冰殼，冰殼下是液態的海洋），1995到2003年期間環繞木星進行科學考查的伽利略號飛船所採集到的磁場數據表明，木衛二在木星磁場的影響下自身能夠產生一個感應磁場，這一發現暗示著，其表層內部很可能存在與鹹水海洋相似的傳導層。木衛二可能還有一個金屬性的鐵核。
木衛二的表面大體光滑，很少有超過幾百米的起伏，不過在某些地區也可以觀測到接近一公里的落差。木衛二是太陽系中已知最光滑的天體。它那些顯眼的縱橫交錯的紋路，也就是所謂的反照率特徵，是由低淺的地形所造成。由於撞擊坑非常少，木衛二是反照率最高的衛星之一。這也暗示了它的表面是相當「年輕」和「活躍」的；基於對木衛二可能經受的彗星撞擊頻度的估算，它的「表面」年齡大概在2千萬到1億8千萬年之間（從其地質特徵可明顯看出年齡的巨大差距）。
木卫二 物理特徵
木衛二表面最突出的特徵就是那些張牙舞爪地佈滿整個星球的暗色條紋。近距離觀測表明，條紋兩側的板塊有相向移動的現象。大一點的條紋橫向跨度可達20公里，可以觀察到這些寬條紋的深色部分和板塊外緣有模糊過渡。規則的紋路，以及寬條紋夾有淺色的細紋，這些形態很可能是由表層冰殼開裂較溫暖的下層物質暴露而引起的冰火山噴發或間歇泉所造成。這與在地球上的海脊有著相似的效果。據推想，大部分的裂痕是由木星所施加的強大的潮汐壓力所造成；由於木衛二已被潮汐鎖定，它總是保持一個方向對著木星，固定的壓力模式應該可以形成特定的可預測的破例式樣。然而在木衛二表面上只有新近出現的裂痕纔符合預測的式樣，其他的裂痕可以向各個方向延伸，年代越久遠的就越是如此。一個較合邏輯的解釋是，木衛二其表層的自轉速度要略快於其內部，冰面下的海洋將外殼與更下層的地幔分隔開，冰殼在木星的重力牽扯下被撕裂。對比旅行者號和伽利略號拍攝的照片可測算出，大約每10,000年木衛二的外殼會比其內部多自轉一週。
木卫二 物理特徵
木衛二另一個顯著的特徵就是遍佈四野的或大或小或圓或橢的暗斑，拉丁文作「lenticulae」，義爲「雀斑」。這些暗斑有的突起如穹有的凹陷如坑有的平坦如鏡，也有的紋理紛糅粗糙。突起的小丘多頂部平整，顯見著原本是與周遭的平原一體，受推擠上抬而形成。據推想，暗斑的形成是下層溫度較高的「暖冰」在底闢作用下向上湧升而穿透表層的「寒冰」所致，其運動機理與（地球）地殼內部的熔岩窨相似。光滑的暗斑是「暖冰」衝破表殼時有融水滲出所造成，那些粗糙雜錯的斑痕（又被稱作「混沌」（chaos）區域，如康納馬拉混沌）是由大量細小的表殼碎片鑲嵌在暗色的圓丘中所構成，就像是極地海洋中漂浮的冰山（地球）。
木卫二 物理特徵
木衛二的表面溫度在赤道地區平均爲110K（-163℃），兩極更低，只有50K（-223℃），所以表面的水是永久凍結的。但是潮汐力所提供的熱能可能會使表面冰層以下的水保持液態。這個猜想最初由針對潮汐熱的一系列推測所引發（略為偏心的軌道和木衛二與其他伽利略衛星之間的軌道共振所產生的後果）。伽利略計劃的讀圖團隊在對伽利略號和旅行者號所拍攝的圖像分析之後推測木衛二的地形特徵意味著冰下海洋的存在。有學者將木衛二表面極富特色的混沌地形解釋爲下層海水滲出地表而造成。但是這一解釋爭議極大，多數對木衛二進行研究的地質學家更傾向於支持一個被稱作「厚冰」模型的理論，他們認為即便存在這樣的海洋，也幾乎不可能對表面造成直接的影響。對冰殼厚度的估算也存在相當大的分歧，有認為是幾千米的，也有認為是數十千米的。
木衛二表面為數不多的幾個大形的撞擊坑就是支持「厚冰」模型的最佳證據。最大的一個撞擊坑被若干同心圓圈所環繞，坑内被新鮮的冰填充得相當平整。以此爲基礎再結合對潮汐力所生成的熱能的估算，所推測出冰殼厚度在10到30公里之間，與地球地殼的厚度相當，這也意味著冰下的海洋可能深達100公里
木卫二 物理特徵
伽利略號軌道飛行器還觀測到，木衛二在通過木星巨大的磁場時自身會產生一個強度呈週期性變化的弱磁場（其強度與木衛四接近，約爲木衛三磁場的四分之一）。有猜測認為，冰下鹹水海洋中的極性離子是該磁場的成因。
另有光譜分析的證據表明，木衛二表面裂痕中微顯淡紅色的物質有可能是從冰下滲出的海水揮發後沉積下來的鹽（比如硫酸鎂）。硫化氫也是這一現象的一個合理的解釋。但是，由於這兩種物質的純淨物都是無色或白色的，別的一些物質也被用於解釋淡紅色的成因，比如含有硫磺的混合物等。
1994年哈勃空間望遠鏡的戈達德高解析攝譜儀觀測到，木衛二的表面包裹著一層主要由氧構成的極其稀薄的大氣（1地表氣壓約1微帕）。在已知的太陽系的所有衛星當中只有七顆具有大氣層（其他六星爲木衛一、木衛四、土衛二、木衛三、土衛六和海衛一）與地球不同，木衛二大氣中的氧是非生物來源的。很可能是帶電粒子的撞擊和陽光中的紫外線線的照射使木衛二表面冰層中部分水分子分解成氧和氫，氫因原子量低而逃逸，原子量相對較高的氧則被保留下來。
木卫二 宜居潜力
到目前为止，尚未有证据表明木卫二上存在生命，但木卫二已成为太阳系中最有可能宜居的地点之一。生命可能存在于它的冰下海洋中，也许类似地球深海热液喷口的环境中。2016年美国宇航局的一项研究发现，即使木卫二缺乏火山热液活动，它也可通过与蛇纹石化和冰源氧化物相关的作用过程，产生出类似地球水平的氢和氧，而这些过程并不直接涉及火山作用。2015年，科学家们宣布，木卫二上部分地质特征可能覆盖了来自地下海洋的盐，表明海洋正在与海底相互作用，这对于确认木卫二是否宜居可能非常重要。木卫二上液态水与石质地幔间可能存在的接触，促使人们呼吁向那里发射探测器。
潮汐力提供的能量推动了木卫二内部活跃的地质作用，就像在木卫一上所产生的一样，只是程度要更明显得多。虽然木卫二和地球一样，可能拥有内部放射性衰变热源，但潮汐折曲产生的能量比任何辐射源都大数个量级。
木卫二 宜居潜力
木卫二上的生命可能聚集在海底热液口周围以及类似地球上一般栖息着岩内生物(Endolith)的洋底，或者，就像地球极地藻类和细菌一样，附着在木卫二冰层的下表面，也可能自由漂浮在木卫二海洋中。如果木卫二海洋太冷，类似地球上已知生物的进化过程就不可能发生。如果太鹹，则只有极端嗜盐菌才能在这种环境中生存。2010年，亚利桑那大学的理查德·格林伯格（Richard Greenberg）提出了一种模型，木卫二表面的冰辐照可使地壳中饱含氧和过氧化物，然后通过构造活动将其输送至内部海洋，这一过程可在仅1200万年内就使木卫二海洋与地球海洋一样含有氧气，从而允许复杂多细胞生物的存在。
有证据表明，存在完全包裹在木卫二冰冷外壳中的液态水湖泊，这与被认为存在于冰壳下更深处的液态海洋不同。如果得到证实，这些湖泊可能是另一种潜在的生命栖息地。有证据表明，木卫二大部分表面都富含过氧化氢。由于过氧化氢在与液态水结合时会分解为氧气和水，作者认为它可能是简单生命形式的重要能量供给。
在地球上通常与有机物质有关的粘土状矿物（特别是页硅酸盐），也已在木卫二冰壳上被发现，矿物的出现可能是与小行星或彗星碰撞的结果。
一些科学家推测，地球上的生命可能通过小行星碰撞进入太空，并以一种称为陨石有生源说的过程抵达了木星的卫星。
木卫二 相关探索
人类有關木衛二的大多數知識都獲取自旅行者号和伽利略号兩次任務中的飛掠觀測。木星冰月軌道器計劃已於2005年取消，但是還有各種各樣針對木衛二的未來探索任務的議案被不斷的提出。
2006年NASA（美國航空暨太空總署）的預算中編列了應美國國會的口頭提請爲未來的環航木衛二計劃而建立基金。在設想中，該計劃的任務包括：通過重力和高度的測量手段確認木衛二的表面冰殼下是否存在海洋；大範圍地對地表進行高解析拍攝，通過光譜分析以確認其表面物質的化學成分；以及利用穿冰雷達對冰層進行穿透探測等。該計劃甚至考慮讓飛船攜帶一個小型的著陸裝置，利用此裝置直接分析木衛二表面的化學成分，同時採集地震波數據以確定冰層的厚度和活躍程度。然而目前不可確知該計劃是否有切實啟動的可能，NASA2007年度的預算編列中就沒有這項資金。
另一個可行的計劃是使用與深度撞擊（DI）計劃相似的撞擊器。用撞擊器猛烈撞擊木衛二表面以激起碎屑煙霧，讓一艘小型飛船穿過煙霧收集碎屑。因無須從木星或木衛二的環航軌道上發射著陸器——當然也省略了從衛星上重新起飛的步驟——燃料的消耗將大大縮減，故而該設想被看成是最經濟的方案之一。
木卫二 相关探索
還有一些更大膽的設想，比如發射一個著陸器尋找凍結在冰殼淺層的可能的生命跡象，或者直接深入內部對冰下海洋進行探查。提案之是派遣一個被稱作「融探」（Melt Probe）的巨型核動力探測器（穿冰機器人——cryobot），用它融冰打孔，一直鑚入到冰下海洋，接觸到水後再釋放一個自主運行的水下行走器（涵泳機器人——hydrobot）。這個裝置可以將收集到信息傳送回地球。穿冰和涵泳機器人都要經過嚴格的消毒，以避免將可能從地球攜帶的有機質誤認作當地的生物，並杜絕對冰下海洋的污染。這一議案尚未進入嚴肅籌劃的階段。
Cryobot在南极洲经过了测试。随着钻头通过产生的热量融化冰层，探测器会“越陷越深”。融化冰层从理论上讲是个不错的概念，但如果探测器碰到冰层深处的东西，比如大块石头，它将陷入其中不可自拔。如果不能融化冰层，那么探测任务将就此走向终结。香港理工大学和匈牙利格拉兹威尔特劳姆福斯特研究所设计出将钻探技术和融化方法完美融为一体的创新方法。他们提出的“热钻”（thermal drill）系统原型机在实验中表现不俗，实验结果刊登在2008年7月出版的《行星和空间科学》杂志上。
木卫二 相关探索
高校空間研究協會（Universities Space Research Association）於2006年出版了一冊《太陽系探索指南》（Solar System Exploration Roadmap）作為NASA的決策參考。該手冊將對木衛二的探索排在前列，建議於2008年啟動一系列有關旗艦級木衛二任務的策劃項目，並期望飛船能在2015年升空。
木卫二 大众文化
2013年科幻冒险片《木衛二報告》
2016年11月4日发售的《使命召唤：无限战争》中第一章剧情在木卫二上开展。
2019年進入先期發佈的遊戲《潜渊症》可以直接操控潛艇在木衛二冰層下探索並遭遇虛構生物。
2019年美國HBO電視劇《守護者》中，超級英雄曼哈頓博士及安卓林·徫特／智謀者（）就曾經在這顆衛星上生存並創造生命。
2020年Bungie工作室发售的《命运2》DLC内容 《凌光之刻 （页面存档备份，存于）》剧情以木卫二作为主要场景。
木卫三
木卫三又稱為「蓋尼米德」（，Γανυμήδης），是围绕木星运转的一颗卫星，公转周期约为7天。按距离木星从近到远排序，木卫三在木星的所有卫星中排第七，在伽利略卫星中排第三。它与木卫二及木卫一保持着1:2:4的轨道共振关系。木卫三是太阳系中最大的卫星，其直径甚至大于水星，而质量约只为水星的一半。
木卫三主要由硅酸盐岩石和冰体构成，星体分层明显，拥有一个富铁的、流动性的内核。人们推测在木卫三表面之下200公里处存在一个被夹在两层冰体之间的咸水海洋。木卫三表面存在两种主要地形。其中较暗的地区约占星体总面积的三分之一，其间密布着撞击坑，地质年龄估计有40亿年之久；其余地区较为明亮，纵横交错着大量的槽沟和山脊，其地质年龄较前者稍小。明亮地区的破碎地质构造的产生原因至今仍是一个谜，有可能是潮汐热所导致的构造活动造成的。