miniatura|Júpiter
Lexploració de Júpiter es va iniciar el 1973 amb una primera missió espacial que va ser succeïda per unes altres vuit, que incloïen no només el planeta sinó també els seus satèl·lits. Totes aquestes missions han sobrevolat el planeta i han estat realitzades utilitzant naus espacials no tripulades de la NASA, la majoria de les quals, ajudades per l'assistència gravitatòria, han fet observacions detallades sense sondes espacials dedicades i sense entrar en òrbita. Aquestes missions inclouen dues sondes del programa Pioneer (10 i 11), també dues del programa Voyager (1 i 2), la sonda Ulysses, la Cassini-Huygens i la New Horizons. La sonda Galileo va ser la primera a entrar-hi en òrbita i l'única que n'ha penetrat l'atmosfera, fet que converteix Júpiter en el planeta exterior més visitat.
El juliol de 2016, la nau espacial Juno, llançada el 2011, va completar la seva maniobra d'inserció orbital i ara està en òrbita al voltant del planeta realitzant el seu programa científic per determinar si Júpiter té un nucli rocós.
L'Agència Espacial Europea va seleccionar la missió de classe L1 JUICE el 2012 com a part del programa Cosmic Vision. Fou llançada a l'espai el 14 d'abril de 2023 i, després d'una sèrie de sobrevols en el sistema solar interior, arribarà a Júpiter el 2031.
Alguns administradors de la NASA han especulat amb l'exploració tripulada de Júpiter, però aquest tipus de missions no es consideren factibles amb les tecnologies convencionals. D'altra banda, s'ha avançat la possibilitat de realitzar viatges tripulats des de Mart utilitzant menys recursos que si s'efectuessin des de la Terra utilitzant part de l'infraestructura de transport de Mart d'SpaceX amb combustible extret i produït en sòl marcià.
Requisits tècnics En general, els vols als planetes exteriors del sistema solar tenen altes despeses d'energia. Perquè una nau espacial aconsegueixi arribar a l'òrbita de Júpiter des de l'òrbita de la Terra, cal aproximadament la mateixa quantitat d'energia que requeriria elevar-la de la superfície terrestre i col·locar-la en una òrbita terrestre baixa. En astrodinàmica, a aquest canvi de velocitat se'l denomina Δv; la velocitat requerida per arribar a Júpiter des de l'òrbita terrestre és d'un Δv de 9,2 km/s, comparables als 9,7 km/s de Δv necessaris per aconseguir una òrbita terrestre baixa. No obstant això, l'assistència gravitatòria pot ser utilitzada de vegades per ajudar les sondes espacials, requerint menys energia al moment del llançament, encara que augmentaria el temps de la missió.
Un problema encara major radica que aparentment és impossible trepitjar la superfície del planeta; això es deu a la seva composició gasosa, i al fet que per arribar-hi cal una suau transició a la seva atmosfera i el seu fluid interior. A causa que únicament és sòlid el seu nucli, les sondes espacials es precipitarien fins allí a gran velocitat i acabarien resultant destruïdes per la pressió abans d'arribar al nucli, la qual cosa impossibilita qualsevol intent d'estar sobre la seva superfície.* A més, un altre problema és la quantitat de radiació a la qual és exposada una sonda que hi arriba, a causa de les dures càrregues de partícules del medi al voltant de Júpiter. Per exemple, la sonda Galileo l'ha orbitat alguns anys i ha excedit notablement la quantitat de radiació per la qual va ser dissenyada; com a resultat d'això ha sofert diversos problemes tècnics i errors atribuïts a l'efecte de la radiació.
Primers sobrevols
Programa Pioneer (1973 i 1974) miniatura|Imatge de Júpiter presa per la sonda Pioneer 10.
Pioneer 10 va ser la primera sonda espacial a explorar Júpiter, el desembre de 1973, seguida per la Pioneer 11 al cap de dotze mesos. Pioneer 10 va prendre les primeres imatges de Júpiter des de prop (3 de desembre), així com dels seus satèl·lits galileans; va estudiar l'atmosfera del planeta, va detectar el seu camp magnètic, va observar els seus cinturons de radiació i va determinar que Júpiter és principalment líquid. La seva successora, la Pioneer 11, va realitzar el seu màxim acostament al planeta el 4 de desembre de 1974 (a uns 34.000 km dels cims dels seus núvols) i va obtenir imatges de la Gran Taca Vermella, va realitzar les primeres observacions de les seves immenses regions polars i va determinar la massa de Cal·listo, un dels seus satèl·lits. La informació recollida per aquestes dues sondes va ajudar els astrònoms i enginyers a millorar el disseny de futures sondes per suportar més efectivament amb el medi ambient del planeta gegant.
Programa Voyager (1979)
Voyager 1 va començar a fotografiar Júpiter el gener de 1979, i va realitzar la seva màxima aproximació el 5 de març següent, a 349.000 km del centre del planeta. Aquest major acostament va permetre una millor resolució de les imatges, encara que la curta duració del sobrevol va signifiar que les observacions dels satèl·lits de Júpiter, anells, camp magnètic i radiació van ser fetes en les 24 hores prèvies i posteriors a l'apropament. Va acabar de fotografiar el planeta a l'abril, i va ser succeïda per la Voyager 2, que va realitzar el seu màxim acostament el 9 de juliol a 576.000 km dels cims dels seus núvols. La sonda va descobrir l'anell de Júpiter, va observar els vòrtexs intricats de l'atmosfera, els volcans actius d'Io, un procés anàleg a les plaques tectòniques de Ganimedes, i nombrosos cràters a Cal·listo.
miniatura|Animació de l'acostament de la Voyager 1 a Júpiter en 1979.
Les missions Voyager van millorar la comprensió dels satèl·lits galileans i van contribuir en el descobriment dels anells de Júpiter. També van prendre les primeres imatges de la seva atmosfera i van revelar que la Gran Taca Vermella és un anticicló que es mou en contra de les agulles del rellotge, a més d'altres característiques, i altres tempestes més petites prop de la principal. Van descobrir també dos nous satèl·lits petits, Adrastea i Metis, orbitant prop dels anells, sent els primers satèl·lits d'aquest planeta a ser descoberts per una nau espacial. Un tercer satèl·lit, Tebe, va ser descobert entre les òrbites d'Amaltea i Io.
El descobriment d'activitat volcànica al satèl·lit Io va ser la troballa més inesperada de la missió, ja que va ser el primer cop que un volcà actiu s'observava en un cos celeste a part de la Terra. Ambdues van registrar l'erupció de nou volcans a Io, així com l'evidència d'altres erupcions ocorregudes entre les visites de Voyager.
Europa va mostrar un gran nombre de característiques linears creuades en fotografies de baixa resolució de Voyager 1. En un principi, els científics creien que aquestes característiques eren esquerdes profundes, causades per esquerdes en l'escorça o moviments tectònics. Les imatges d'alta resolució de Voyager 2, fetes més a prop de Júpiter, van deixar els científics perplexos ja que els faltava gairebé completament relleu topogràfic. Això va fer que molts suggerissin que aquestes esquerdes podrien ser similars a les flors de gel de la Terra, i que Europa podria haver tingut aigua líquida a l'interior. Europa podria ser activa internament a causa de l'escalfament de marea a un nivell d'una desena part del d'Io, i com a resultat, es creu que el satèl·lit té una capa fina amb menys de 30 km de gel, possiblement surant en un oceà de 50 km de profunditat.
Ulysses (1992)
El 8 de febrer de 1992, Ulysses es va apropar a Júpiter a 451.000 km (6,3 radis de Júpiter) del seu pol nord per adquirir una gran inclinació orbital al voltant del Sol, prenent una eclíptica de 80,2°. Així, la gravetat de Júpiter va alterar la trajectòria de la sonda de tal manera que comptés amb un afeli d'aproximadament cinc ua (aproximadament la distància del Sol a Júpiter) i un periheli d'una mica més d'una ua (la distància de la Terra al Sol) i passés pels pols del Sol i Júpiter. La sonda va fer mesures de la magnetosfera del planeta. Com que la sonda no tenia càmeres, no es va fer cap imatge. El febrer de 2004 la sonda va tornar a acostar-se a prop de Júpiter. Aquella vegada, la distància des del planeta va ser molt més gran (d'uns 120 milions de km o 0,8 ua) però va fer més observacions de Júpiter.
Col·lisió del cometa Shoemaker-Levy 9
miniatura|Impacte del fragment G del cometa Shoemaker-Levy 9 a Júpiter El juliol de 1992 l'òrbita del cometa Shoemaker-Levy 9 va travessar el límit de Roche de Júpiter, i les forces de marea del planeta el van destrossar, atraient-lo cap al planeta. El cometa va ser observat posteriorment com una sèrie de fragments de fins a 2 km de diàmetre; fragments que van col·lidir amb l'hemisferi sud de Júpiter entre els dies 16 i 22 de juliol de 1994, amb una velocitat aproximada de 6·104 m/s (60 km/s), i va ser la primera col·lisió directa observada en objectes del sistema solar. Si bé els impactes no van ser vists des de naus espacials sinó des de telescopis instal·lats a la Terra i orbitant-la (el Hubble, per exemple), el seu estudi va aportar detalls sobre la composició atmosfèrica del planeta, així com sobre el seu paper en la reducció de brossa espacial del sistema solar interior. En estar tan a prop d'aquests planetes (Mercuri, Venus, la Terra i Mart) i gràcies a la seva massa i grandària, Júpiter rep impactes de cometes més freqüentment que els altres del sistema solar.
Els observadors tenien l'esperança que els impactes deixessin veure una mica més enllà dels cims dels núvols en ser travessades, ja que els fragments del cometa perforarien l'atmosfera; les observacions espectroscòpiques van revelar la presència de sofre diatòmic (S₂) i sulfur de carboni (CS₂), la primera detecció a Júpiter i tan sols la segona detecció de S₂ en qualsevol objecte astronòmic, així com d'amoníac (NH₃) i àcid sulfhídric (H₂S). Les prominents cicatrius de les col·lisions van romandre-hi diversos mesos i van ser més visibles que la Gran Taca Vermella.
Galileo (1995-2003)
miniatura|Visió artística de l'arribada de Galileo a Júpiter. Fins al moment, la missió espacial Galileo ha sigut l'única missió espacial que s'ha quedat orbitant al voltant del planeta, des del 7 de desembre de 1995 fins a ser destruït set anys després, quan la missió va ser abandonada el 21 de setembre de 2003 després d'haver realitzat 35 òrbites. Durant aquest període va reunir una gran quantitat d'informació sobre el planeta i el seu sistema, encara que no va ser tanta com es preveia a causa d'una fallada en el desplegament de l'antena de transmissió. Els principals esdeveniments durant els vuit anys que va abastar la missió van incloure múltiples vols en tots els satèl·lits galileans, incloent Amaltea, sent la primera sonda a fer-ho. En part, va ser testimoni de l'impacte del cometa Shoemaker-Levy 9, ja que es va apropar a Júpiter el 1994 i va enviar una prova atmosfèrica del planeta el desembre de 1995.
Una sonda atmosfèrica va ser desplegada des de Galileo el juliol de 1995, i va entrar a l'atmosfera el 7 de desembre d'aquell any. Després de descendir-hi amb gran força g va ser destruïda per la pressió i la temperatura després de travessar 150 km d'atmosfera i recollir dades durant 57,6 minuts, termini durant el qual la sonda va ser sotmesa a 22 vegades la temperatura terrestre, a 153 °C. Es creu que es va fondre i probablement, es va evaporar. Galileo va tenir la mateixa sort, encara que més ràpidament, després de ser dirigit deliberadament cap al planeta a 5·104 m/s (50 km/s) amb la finalitat d'evitar que fallés i pogués contaminar Europa.