L'atmosphère de Jupiter représente 12% du rayon de la planète. Elle est composée principalement d'hydrogène (86 %) et d'hélium (14 %). Elle contient également des traces de méthane,de vapeur d'eau, d'ammoniac,et de faibles quantités de carbone, d'éthane,de sulfure d'hydrogène, de néon, d'oxygène, de phosphine et de sulfures. La couche la plus extérieure de l'atmosphère contient des cristaux d'ammoniac gelé. La composition atmosphérique de Jupiter est très proche de la nébuleuse solaire à ses origines. Saturne possède une composition similaire, alors que les atmosphères d'Uranus et de Neptune comportent beaucoup moins d'hydrogène et d'hélium. La pression atmosphérique à la surface égale 100 fois celle de la Terre. Sa température est de -150°C. Elle serait de -175°C si la planète n'était chauffée que par le Soleil : Elle l'est également par sa propre contraction sous l'effet des forces de gravitation (Jupiter n'ayant pas encore atteint son diamètre final). Cette énergie interne serait à l'origine des fortes turbulences observées dans les bandes nuageuses. Jupiter est le siège d'un champ magnétique intense qui provoque des émissions radioélectriques. Jupiter possède la vitesse de rotation la plus élevée de toutes les planètes de Système solaire, faisant un tour sur son axe en moins de dix heures, ce qui est dû à un fort aplatissement équatorial de la planète.
Composition interne de la Planete
Notre connaissance de l'intérieur de Jupiter (et des autres planètes gazeuses) est surtout indirecte et le restera encore longtemps (les sondes atmosphériques de Galileo sont seulement descendues à 150 km sous le sommet des nuages) . Jupiter a probablement un noyau rocheux de 10 à 15 masses terrestres. Au-dessus du noyau se trouve la plus grande couche de la planète constituée d'hydrogène métallique liquide. Cette forme exotique pour l'élément le plus commun n'existe que sous une pression supérieure à 4 millions de bars, comme à l'intérieur de Jupiter et de Saturne.L'hydrogène de Jupiter est constitué de protons et d'électrons comme à l'intérieur du Soleil (à une température bien plus basse) mais sous une pression telle qu'il devient liquide et conducteur électrique. Cette propriété est sans doute à l'origine du champ magnétique de la planète. Cette couche contient aussi des traces d'hélium et différentes variétés de "glaces".
Exploration Spaciale
C'est seulement à partir de juin 1968 que la technologie spatiale était en mesure de réaliser une sonde fiable capable de survivre aux embûches d'un long voyage. En février 1969, le programme prévoyant la construction de deux sondes, Pioneer 10 et 11 fut approuvé.
La réalisation des sondes représentait un véritable défi technologique avec quatre difficultés (le franchissement de la ceinture d'astéroïdes, le haut niveau de radiations présent autour de Jupiter, l'approvisionnement énergétique et le temps nécessaire aux télécommunications). Néanmoins, ces problèmes furent brillamment résolus malgré leur complexité. Les instruments scientifiques devaient étudier les champs magnétiques, les rayons cosmiques, et le vent solaire et son interaction avec le champ magnétique interplanétaire ; à proximité des planètes, chaque sonde devait en outre analyser l'environnement planétaire et étudier les nombreuses lunes, mesurer particules et rayonnements, prendre des images de tous les forces gravitationnelles en jeu, et analyser la structure des différentes magnétosphères et ionosphères.
La sonde Pioneer 10 fut lancée de cap Kennedy le 2 mars 1972 et Pioneer 11 le 6 avril 1973. Durant le mois de juillet 1972 fut tentée pour la première fois dans l'histoire de l'exploration spatiale la traversée redoutée de la ceinture d'astéroïdes, dont la sonde sorti indemne sept mois plus tard. La sonde Pioneer 11 se dirigea vers Jupiter qu'elle survola le 3 décembre 1974 à 34 000 km de distance puis, utilisant son attraction gravitationnelle, elle obliqua vers Saturne qu'elle croisa au plus près le 1er septembre 1979 à 21 000 km de distance. Le 3 décembre 1973, la sonde Pioneer 10 avait atteint ses objectifs après avoir photographié pour la première fois Jupiter d'une distance minimale de 130 354 km. Puis elle continua sa course et franchit l'orbite de Neptune le 13 juin 1983. Vers la fin des années 1960, la NASA projetait une grande expédition interplanétaire baptisée Outer Planet Grand Tour. L'expédition prévoyait l'envoie de quatre sondes : deux seraient parties en 1977 vers Jupiter, Saturne et Pluton, et les deux autres en 1979 vers Jupiter, Uranus et Neptune, le passage d'une planète à l'autre s'effectuant grâce à l'attraction gravitationnelle de la planète précédente. Mais le projet fut redimensionner pour des raisons budgétaires. Le nouveau programme fut approuvé au début des années 1970 sous le nom de Mariner Jupiter/Saturn, et rebaptisé Voyager en mars, du même nom que les deux sondes qui seraient lancées. Ces deux sondes avaient pour objectif l'exploration de Jupiter et Saturne, et le prolongement vers Uranus et Neptune pour Voyager 2. Voyager 1 et 2 partirent respectivement le 5 septembre 1977 et le 20 août 1977 de cap Canaveral.
La sonde Voyager 1 parvint la première à franchir le milliard de kilomètres qui séparait Jupiter de la Terre, et entama le 4 janvier 1979 la phase d'observation. Le 28 février, la sonde atteignit les confins de la magnétosphère jovienne et commença un intense travail de mesures. Le 3 mars, elle croisa l'orbite de Callisto puis survola le toit de Jupiter le 5 mars à une altitude de 270 000 km. La trajectoire d'approche réduisit progressivement la distance avec la planète jusqu'à 22 000 km. La sonde passa ensuite à 115 000 km de Ganymède et le 6 mars à 126 000 km de Callisto.
Voyager 2, après quelques problèmes dans le système de télécommunications, pris le 6 juillet 1979 des images de Io à plus d'un million de kilomètres qui confirmèrent son activité volcanique découverte par Voyager 1. La sonde s'approcha ensuite à 215 000 km de Callisto, à 62 000 km de Ganymède, et enfin à 206 000 km d'Europe.
Le bilan du passage des deux sondes à proximité de Jupiter fut considérable, avec notamment la découverte d'un mince anneau de poussière et de trois nouveaux satellites. Les deux sondes Voyager complétèrent l'étude de la magnétosphère jovienne commencée par les sondes Pioneer en montrant en particulier qu'une partie du plasma qu'elle retient piégé provient des éruptions volcaniques de Io. Les deux sondes poursuivirent leur voyage en se dirigeant vers Saturne. C'est en 1977 que le nouveau programme visant l'envoi d'une mission vers Jupiter fut approuvé. Les raisons d'un intérêt pour Jupiter résident dans les caractéristiques qui placent Jupiter à mi-chemin entre une étoile et une planète et dans le fait que la planète et son cortège de lunes forment un système solaire miniature. L'objectif de la mission était l'étude de la magnétosphère de Jupiter ainsi qu'une reconnaissance de son atmosphère. Le but était ambitieux, notamment parce qu'il fallait concevoir une orbite spéciale pour y parvenir sans avoir à recourir à un véhicule spatial ; l'orbite choisie devait exploiter l'assistance gravitationnelle des lunes joviennes afin de décélérer la sonde pour la satelliser autour de Jupiter.
La sonde fut lancée de cap Canaveral le 18 octobre 1989 avec la navette Atlantis. Le 10 février 1990, elle utilisa l'attraction gravitationnelle de Vénus, pour augmenter sa vitesse, puis celle de la Terre les 8 décembre 1990 et 1992, et fit deux fois le tour du Soleil avant de projeter avec la vitesse requise vers Jupiter, qu'elle atteignit le 7 décembre 1995. Durant ce voyage, elle effectua pour la première fois une reconnaissance rapprochée de deux astéroïdes, Gaspra, en octobre 1991, et Ida, en août 1993. Après avoir libéré le module de descente, la sonde changea d'orbite pour se mettre en orbite autour de Jupiter ; elle accomplit entre-temps de nombreuses études des lunes joviennes.
