木星
木星の観察は紀元前8 - 7世紀ごろの古代バビロニアまでさかのぼることができる。また古代中国大陸でも、天文学者の甘徳が紀元前362年に肉眼で木星の衛星を観察したと席澤宗(Xi Zezong)は主張した。これが正しければ、彼はガリレオに先立つこと2000年前に衛星を発見していたことになる。紀元前2世紀ごろには古代ローマのクラウディオス・プトレマイオスが著作『アルマゲスト』にて、従円と周転円を用いて木星と地球の相対位置を説明し、木星の公転時間を地球時間で4332.38日または11.86年とする天動説の惑星モデルを作り上げた。499年にはインドの天文学者・数学者のアリヤバータが同じく天動説モデルにて、木星公転を4332.2722日または11.86年と計算した。
木星の磁場の強さは地球磁場の14倍に相当する。磁力は赤道部分で4.2ガウス、極部分で10 - 14ガウスという太陽黒点を除けば太陽系最大の磁力を持ち、地球磁場の約2万倍に相当する。磁極は自転軸とややずれており、極性は地球と逆になっている。
この磁場は、金属水素のマントルにおける導電物質の対流活動が引き起こすという説が有力である。木星磁気圏の特徴は、衛星イオが火山活動で軌道上に放出する二酸化硫黄ガスが硫黄や酸素等のイオンとなり、木星から供給される水素イオンともども惑星の赤道上にプラズマ・シート(英語版)を形成するところにある。このシートは惑星とともに自転する磁気圏に引っ張られて回転し、遠心力によって引き伸ばされた円盤状となる。プラズマ・シートの中では電子が0.6 - 30.0メガヘルツに達する強い電波バーストを発している。
太陽風と磁気圏は、木星半径の75倍に相当する領域で相互作用を起こしバウショックを発生している。このバウショックと磁気圏境界層との間の内側部分が磁気圏境界面(英語版)となり、木星の磁気圏を覆っている。ここに衝突する太陽風は、風下(英語版)へ木星磁気圏を引き伸ばし、その外側は土星の公転軌道にまで達している。
通過ではなく木星を周回しつつ、観測を行った探査機はガリレオのみであり、1995年12月7日に周回軌道へ投入されてから7年間にわたってガリレオ衛星やアマルテアなどのフライバイを含む観測を行った。それに先立つ1994年にはシューメーカー・レヴィ第9彗星の衝突が起こった際に、探査機ガリレオは通常では望めない位置にいたこともあって観測を行った。しかし、木星系にたどり着いたあとに観測で得た情報が膨大になったうえ、高利得電波アンテナを展開させることに失敗し、情報発信に制限がかかってしまった。
1995年7月にはプローブが切り離され、12月7日には木星大気の探測が始められた。プローブはパラシュートを開いて深度159キロメートルに到達する75分間データを送信し続け、機能を停止した。その位置は、気圧は地球の約28倍、温度は185°Cに達していた。プローブは溶解してしまったものと思われる。探査機ガリレオは使命を終えると、エウロパのような生命が存在する可能性を持つ衛星に落下しないように、2003年9月21日に意図的に木星内へ秒速50キロ以上の速度で落とされた。
さらに、アンモニアの雲の下には薄い水の雲が存在すると予想される。木星の雲の中では稲妻の光が見つかったが、これには極性分子である水が引き起こす電離作用が必要である。水の雲は惑星内部から供給される熱を受けて、雷のエネルギーを蓄積する。この放電現象は地球の稲妻の1,000倍にも相当する大規模なものである。
木星表面に見られる雲のオレンジ色や茶色は、内部から湧き上がった化合物が太陽の紫外線によって変質し色を変えたものである。詳細はいまだ判明していないが、リン、硫黄、炭化水素類が成分だと考えられている。発色団(chromophore)として知られるこれら多彩な化合物は、比較的暖かい雲の下層で混合される。これが対流細胞(convection cell)の湧き上がりによって、上層を覆うアンモニア結晶の雲の上に昇ってくることで、色を持つ層が表面に形成される。
木星は赤道傾斜角が小さいため、両極部分は赤道部分に比べて常に太陽光をあまり受けない状態が続く。そのために熱量を極に向かわせる対流があると考えられるが、それはあくまでも惑星内部で起こっており、観測できる雲の層では温度は釣り合っている。
木星は太陽系の掃除屋という異名を持ち、それは内惑星の領域に比較的近い重力井戸であるため、木星は数多くの彗星衝突を引き受け内惑星を保護してきたという考えからつけられた。木星がなければ、地球に衝突する小惑星の数は1,000倍、数万年に1回衝突するという。しかし、近年のコンピュータ・シミュレーションでは、木星という重力点によって軌道を変えられてしまう彗星があり、内側に入り込む彗星の数を有意に減らさないという結果も発表された。この問題は議論を呼び、さまざまな意見が示されている。
1997年、過去に木星を観察したスケッチ9枚が調査されたが、その中にあるジョヴァンニ・カッシーニが1690年に観測したスケッチに、木星衝突らしき痕跡を描いたものがあった。現代の観測では、1994年7月16日から22日にかけて起こったシューメーカー・レヴィ第9彗星の20個以上の破片が木星の南半球に衝突した出来事が有名である。
木星を特徴づけるものに、赤道から南に22度の表面に確認できる大赤斑がある。周囲の温度が2度程度低いことからこれは高気圧性の嵐と考えられる。
この大赤斑は地球からも口径12センチ以上の望遠鏡があれば視認することができ、少なくとも1831年には確認され、さらにさかのぼる1665年には存在したと考えられる。これほど長期間にわたって維持されるメカニズムは解明していない。過去には地殻の突起部分が影響しているという説や、ソリトンではないかという説もあったが、現在では巨大な台風と考える説がもっとも無理が少ない。
計算では、この赤斑を作る嵐は安定しており、今後も惑星が存在する限り消えないとも言われていたが、20世紀後半から21世紀初頭の観測により年々大きさが縮小していることが明らかになっており、2014年5月15日、大赤斑が1930年代以降の観測史上最も縮小していることがアメリカ航空宇宙局から発表された。
2023年2月26日現在、木星には衛星が95個発見されている。そのうち79個は直径10キロメートルに満たない小さなもので、74個は母星となる木星の自転方向とは反対の公転軌道を持つ逆行衛星であることが確認されている。そのうち、大きな4つの衛星であるイオ、エウロパ、ガニメデ、カリストはガリレオ衛星と呼ばれる。
イオ、エウロパ、ガニメデの3つは軌道共鳴状態にある。イオが木星を1周する間にエウロパは約1/2周、ガニメデは約1/4周する。このためこれら3衛星には特定の場所で重力の共鳴作用が起き、そのとき公転軌道は楕円形になる。なお、木星からの潮汐力は衛星の公転軌道を円型にしようと働く。