液态行星
在太阳系中最惹人注目的行星是木星。它素以（体积和质量）巨大而成为九星之王。它是天空中亮度仅次于金星的一颗亮星，通常比火星、天狼星还亮。我国古代称它为“岁星”。西方用古代神话中的大神之名称呼它，意思是主宰天上诸神的“宙斯”。木星的内部结构与众行星不同，它没有固体外壳，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。
用天文望远镜观察木星，突出的特性是它那扁球形的外貌。其赤道半径与极半径相差近5000公里。木星的赤道半径为71400公里，为地球的11.2倍。体积为地球的1316倍。质量为1.9×1030克，为地球质量的317.90倍，比太阳系所有的行星、卫星、小行星等大小天体加在一起还重1.5倍。木星的平均密度是1.33克／厘米3，比水稍大。这说明，木星的大部分物质处于气体状态。木星两极的表面重力加速度为23.22米／秒2，赤道上为27.07米／秒2。在木星表面上，物体要有61公里／秒的速度才能脱离木星。所以木星能束缚住大量气体而不让它们跑掉。
木星和其他行星一样，也围绕太阳在椭圆轨道运动，轨道半长径约为5.2天文距离单位（即与太阳平均距离约为7.78亿公里），绕太阳公转一圈为11.86年，木星虽然在太阳系中体积最大，但却是太阳系中自转最快的行星，赤道部分自转一周为9小时50分30秒。由于自转速度快，使得它的形状很扁，大气条纹沿赤道伸展。
木星有稠密的大气，主要成分为氢和氦，还有甲烷、氨、碳、氧及少量的铁和硫。通过天文望远镜，我们看到木星有一些明暗交替的带纹平行于木星的赤道。这些带纹是木星快速自转而产生的大气环流。它们有上千公里厚，因而使我们看不见木星的表面。带纹中有时出现寿命长短不一的亮斑或暗斑。在木星赤道以南，有一个大红斑，它于1665年被法国天文学家卡西尼发现，至今已存在300多年了。大红斑呈蛋形，宽14000公里，长30000公里。其宽度似乎不变，长度却由发现之初的30000公里逐渐延伸为40000公里，现又缩到两万多公里。大红斑不但大小有变化，而且颜色也有变化，它有时浓艳，有时暗淡。大红斑是一个含有红磷化合物的大气漩涡，朝逆时针方向旋转，温度似乎比周围的木星大气低些。
对木星的辐射探测使我们得知，虽然木星不发光，但它发射的总辐射却是所受太阳辐射的2.5倍。这说明木星除了反射太阳的光和热之外，还具有内能源，其核心处于高温高压状态，但还不足以产生热核反应。科学家认为，木星过剩的能量是木星形成之初，从原始星云中聚集的热能。
为了探测太阳系外围空间的物理情况，迄今为止，共发射了4艘宇宙飞船，即“先驱者10号”、“先驱者11号”，“旅行者1号”和“旅行者2号”。它们都肩负着美国宇航局的重大科学考察项目。“先驱者10号”于1972年3月2日上午，一路上考察了行星际物质；1973年12月3日与木星会合，在离木星13万公里处飞掠而过，探测到木星规模宏大的磁层，研究了木星大气，送回300多幅木星云层和木星卫星的彩色电视图像。“先驱者11号”飞船于1973年4月6日发射，1974年12月5日到达木星。它离木星表面最近时只有4.6万公里，比“先驱者10号”近两倍。送回有关木星磁场、辐射带、重力、温度、大气结构以及4个大卫星的情况，并按地面指令调整航向，飞越在地面因视角不合适而难于观测的木星南极地带。“先驱者11号”在完成任务后，向着土星飞去。1977年8月20日和9月5日，美国又相继发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”飞船。这两艘飞船在仪器设备方面比“先驱者10号”和“先驱者11号”先进。“旅行者1号”于1979年3月飞临木星，在3天之内探测了木星和4个伽利略卫星，以及木卫五，拍摄了数以千计的彩色照片，并进行了一系列科学考察。“旅行者2号”于1979年7月飞临木星，对木星进行了考察。两艘飞船在离开木星后，还要继续探测土星、天王星和海王星，然后飞出太阳系，到茫茫的宇宙中去寻找知音。
宇宙飞船发回的考察结果表明，木星有较强的磁场，表面磁场强度达3～14高斯，比地球表面磁场强得多（地球表面磁场强度只有0.3～0.8高斯）。木星磁场和地球的一样，是偶极的，磁轴和自转轴之间有10°8′的倾角。木星的正磁极指的不是北极，而是南极，这与地球的情况正好相反。由于木星磁场与太阳风的相互作用，形成了木星磁层。木星磁层的范围大而且结构复杂，在距离木星140万～700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心7～8公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为范艾伦带的辐射带，木星周围也有这样的辐射带。“旅行者1号”还发现木星背向太阳的一面有3万公里长的北极光。1981年初，当“旅行者2号”早已离开木星磁层飞奔土星的途中，曾再次受到木星磁场的影响。由此看来，木星磁尾至少拖长到6000万公里，已达到土星的轨道上。
过去有人猜测，在木星附近有一个尘埃层或环，但一直未能证实。1979年3月，“旅行者1号”考察木星时，拍摄到木星环的照片，不久，“旅行者2号”又获得了木星环的更多情况，终于证实木星也有光环。木星光环的形状像个薄圆盘，其厚度约为30公里，宽度约为6500公里，离木星12.8万公里。光环分为内环和外环，外环较亮，内环较暗，几乎与木星大气层相接。光环的光谱型为G型，光环也环绕着木星公转，7小时转一圈。木星光环是由许多黑色碎石块构成的，石块直径在数十米到数百米之间。由于黑石块不反射太阳光，因而长期以来一直未被我们发现。
木星有一层厚而浓密的大气层，大气的主要成分是氢，占80％以上，其次是氦，约占18％，其余还有甲烷、氨、碳、氧和水汽等，总含量不足1％。由于木星有较强的内部能源，致使其赤道与两极温差不大，不超过3℃，因此木星上南北风很小，主要是东西风，最大风速达130～150米／秒。木星大气中充满了稠密活跃的云系。各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。在木星大气中还观测到有闪电和雷暴。由于木星的快速自转，因此能在它的大气中观测到与赤道平行的、明暗交替的带纹，其中的亮带是向上运动的区域，暗纹则是较低和较暗的云。
木星的大红斑位于南纬23°处，东西长4万公里，南北宽1.3万公里。
探测器发现，大红斑是一团激烈上升的气流，呈深褐色。这个彩色的气旋以逆时针方向转动。在大红斑中心部分有个小颗粒，是大红斑的核，其大小约几百公里。这个核在周围的反时针漩涡运动中维持不动。大红斑的寿命很长，可维持几百年或更长久。
由于木星离太阳平均距离为7.78亿公里，因此木星的表面温度比地球表面温度低得多。从木星接受太阳辐射计算，其表面有效温度值为-168℃，而地球观测值为-139℃，“先驱者11号”宇宙飞船的探测值为-150℃，均比理论值高，这也说明木星有内部热源。
“先驱者11号”探测器对木星考察的结果表明，木星没有固体表面，是一个流体行星。主要是氢和氦。木星的内部分为木星核和木星幔两层，木星核位于木星中心，主要由铁和硅构成，是固体核，温度达3万K。木星幔位于木星核外，以氢为主要元素组成的厚层，其厚度约为7万公里。木幔外就是木星大气，再向外延伸1000公里，就到云顶。木星表面的大多数特征变化倏忽，但也有些标记具有持久和半持久的特征，其中最显著最持久，也是人们最熟悉的特征要算大红斑了。
大红斑是位于赤道南侧、长达2万多公里、宽约1.1万公里的一个红色卵形区域。从17世纪中叶，人们就开始对它进行时断时续的观测，1879年以后，开始对它进行连续的记录，并发现它在1879年—1882年，1893年—1894年，1903年—1907年，1911年—1914年，1919年—1920年，1926年—1927年，特别是在1936年—1937年，1961年—1968年，以及1973年—1974年这些年代中，变得显眼和色彩艳丽。在其他时间，显得暗淡，只略微带红，有时只有红斑的轮廓。
大红斑是个什么结构？为什么是红色的？如何能持续这么长的时间？要了解这些问题，仅凭地面观测实在是无能为力的。
1973年12月3日，美国宇航局发射的第一个木星探测器“先驱者10号”到达木星，一年之后，它的姊妹飞船“先驱者11号”于1974年12月2日飞掠这个巨行星。这两个探测器取得了探测外太阳系天体的非同一般的成就。它们传送回来的彩色图像，第一次向我们展示了木星云层系统的复杂性，揭示了大红斑中的气体运动，在木星的全球性云系的细微结构方面，给人一种引人入胜的新概念。
在“先驱者”之后，美国宇航局又在1977年8月20日和9月5日先后发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”。由于两个探测器飞经的轨道不同，“旅行者1号”于1979年3月5日先到达木星，“旅行者2号”于同年7月9日相继到达。它们拍摄了成千幅奇妙而美丽的图片，积累了大量的木星大气结构和动力学的资料。
按照科学家雷蒙·哈依德的理论，大红斑是位于其下面的某种像山一类的永久特征所造成的大气扰动。但是“先驱者”发现木星表面是流体，完全排除了木星外层具有固态结构表面的可能性，上述理论也就自然被扬弃了。
“旅行者1号”发回的照片使人清晰地看到，大红斑宛如一个以逆时针方向旋转的巨大漩涡，其浩瀚宽阔足以容纳好几个地球。从照片上还可以分辨出一些环状结构。仔细研究后，科学家们认为，在木星的表面覆盖着厚厚的云层，大红斑是耸立于高空、嵌在云层中的强大旋风，或是一团激烈上升的气流所形成的。
在木星上，类似大红斑的特征还有一些。譬如，在大红斑的偏南处，有3个白色卵形结构，它们首次出现于1938年。另外，1972年，地面观测发现木星的北半球上出现一个小红斑，18个月以后“先驱者10号”到达木星时，发现其形状和大小几乎同大红斑相似。再过一年，“先驱者11号”经过木星时，这个红斑竟踪迹皆无，看来这个红斑只存在了两年左右。
木星上的斑状结构一般持续几个月或几年，它们的共同特点是在北半球作顺时针方向旋转，在南半球作逆时针旋转。气流从中心缓慢地涌出，然后在边缘沉降，遂形成椭圆形状。它们相当于地球上的风暴，不过规模要大得多，持续时间也长得多。
木星云的绚丽多彩，证明木星大气有着十分活跃的化学反应。在探测器拍摄的照片上，可以看到木星大气明暗交错的云带图形。从南极区到北极区依稀可辨17个云区或云带。它们的颜色、亮度均不相同，也许是氨晶体所组成；褐色云带的云层要深些，温度稍高，因而大气向下流动；蓝色部分则显然是顶端云层中的宽洞，通过这些空隙，方可看到晴朗的天空。蓝云的温度最高，红云的温度最低。据判断，大红斑是一个很冷的结构。令人不解的是，如果按平衡状态而言，所有的云彩都应该是白色的，只有当化学平衡被破坏后，才会出现不同的颜色。那么，是什么破坏了化学平衡呢？科学家们推测，可能是荷电粒子、高能光子、闪电，或是沿垂直方向穿过不同温度区域的快速物质运动。
另外，木星云的颜色还涉及到木星大气中的化学成分。从光谱分析证认出木星大气中含有5种物质：氢、氦、氨、甲烷和水，此外还推测有氢的硫化物存在。这些都是无色的。云带出现颜色，必定有其他着色物质，如硫化铵、硫化氢铵以及各种有机化合物和复杂的无机聚合物。“旅行者1号”曾在木星云层上面发现过闪电，这表明，那里可能存在着相当复杂的碳氢化合物分子。此外，在木星的背阳面，还发现了30000公里长的极光，证明木星大气受到很多高能粒子的袭击。
科学家认为，染色是一个微妙的过程，它包含偏离平衡状态的信息和化学成分的示踪。据推测，云的颜色与高度的相关性，可以反映形成化学反应的过程。例如，较高的区域接收到更多的日光照射和更多的荷电粒子流。某些区域会有更多的闪电，另一些区域则是垂直方向运动特别强烈的地带，等等。
大红斑的橙红色一直使人困惑不解。有人认为是大红斑中上升气流形成的云中放电现象。为此，美国马里兰大学的一位名叫波南贝罗麦的博士做了一个有趣的实验。他在一只长颈瓶中放上木星大气中存在的一些气体，如甲烷、氨、氢等，对这些气体施加电火花作用，结果发现原先无色的气体变成云状物，一种淡红色的物质沉淀在瓶壁上。这个实验为人们解开大红斑颜色之谜似乎提供了某种有益的启示。相当一部分天文学家认为，磷化物可以说明大红斑的颜色。
自从卡西尼发现大红斑以来，到今天已有300多年了，它为什么能持续如此长的时间呢？有人认为木星的大气又密又厚是大红斑长寿的主要原因，但这只是一种猜测。
大红斑和木星上其他卵形结构的长寿，主要包含两个问题：一个是这些斑状结构必须是稳定的，不然它们只能存在几天；另一个就是能源问题，一个稳定涡流如果没有能源维持，很快就会下沉。
关于能源，天文学家提出了一系列模型。“旋风”模型推论说，像大红斑这种卵形结构是巨形对流槽，它们从下面的凝聚气体中提取能量。“切变不稳定性”模型认为，它们从处于其中的区域性股流内抽取能量。还有一种模型，假设它们从较小的、由浮力驱动的涡流中获取能量。再有，就是设想大型卵形结构通过吸收小型涡流来得到能量。此外，还有孤立波理论，等等，但争议都很大。要想形成正确的理论模型，看来还要对“旅行者”的资料作进一步的分析、研究，并最好能对木星大气再作一次深入的实地考察。
伽利略是世界第一架天文望远镜的发明者和4颗木星卫星的发现者。
