1995年，伽利略号进入环木星轨道。在1996年至2000年间，它共6次近距离飞掠过木卫三。这6次飞掠被命名为g1，g2，g7，g8，g28，g29。在最接近的一次飞掠——g2——中，伽利略号距离木卫三表面仅264千米。在1996年的g1飞掠中，它发现了木卫三的磁场。后来又发现了木卫三的地下海洋，并于2001年对外公布。
伽利略号传回了大量的光谱图像，并在木卫三表面发现了数种非冰化合物。前往近距离探测木卫三的探测器是新视野号，它于2007年在前往冥王星的途中飞掠过了木卫三，并在加速过程中拍摄了木卫三的地形图和构成图。
2009年2月，美国航空航天局和欧洲空间局确认该计划将优先于“土卫六-土星计划”得以实施。木卫二-木星计划”包括美国航空航天局主持的“木星-木卫二轨道飞行器”和欧洲空间局主持的“木星-木卫三轨道飞行器”，可能还包括日本宇宙航空研究开发机构主持的“木星磁场探测器”。
已被取消的环木卫三轨道探测计划是木星冰月轨道器。原计划使用核裂变反应堆作为其动力来源，这将使其能够对木卫三进行详细勘查。但是由于预算裁剪，该计划于2005年被取消。另外还有一个被取消的计划被称为“宏伟的木卫三”（thegrandeurofganyde）。
2015年03月12日，美国国家航空航天局(nasa)宣布，美国宇航局哈勃太空望远镜近日观测到木卫三磁场产生的极光现象，并测量出木卫三冰层下方存在具有一定盐度的咸水海洋。
根据测算，这片地下海洋深度约为10万米，相当于地球上最深海洋的10倍多。它存在于150千米厚、主要由冰层组成的地表下。
木星最大的卫星----木卫三也是它拥有的唯一一颗有强磁场的卫星。科学家利用哈勃太空望远镜获得的数千张图片，发现在木星极区看到的非常壮观的极光，是在木卫三的磁气圈产生的引力影响下形成的，
木卫三和非常活跃的木卫一在围绕木星运行时，会与这颗行星的等离子体相互作用，在木星极区产生明亮的斑点这些亮斑被称作“极光足印(auroralfootprts)”。然而，直到现在也没有人知道木卫三的足迹到底有多大以及为什么木卫三会导致木星极区产生美丽壮观的极光。电脑端:
研究人员通过分析哈勃太空望远镜拍摄的图片，测量出木卫三脚印的确切大小他们认为这些斑点的面积太大根本不是卫星在这颗行星上的投影，而且它的直径跟木卫三的保护『性』磁场的直径非常相符。科学家还测量了木卫一极光足印的大小及形状这是由木卫一上活跃的火山喷发出来的带电粒子造成的
比利时列日大学(universityofliege)的天体物理学家丹尼斯·格伦顿特(denisgrodent)说“这些极光结构中的每一个都在告诉我们一个正在进行中的故事——在遥远的木星上正进行着大规模能量传输。
通过分析这些极光的确切位置，以及木卫一和木卫三围绕木星运行时，它们的形状及亮度发生的改变，我们已经制作出迄今为止最为详细的模拟图模仿木星与这些卫星之间的电磁作用。”格伦顿特在德国举行的欧洲行星科学大会上详细介绍了这项研究结果，
格伦顿特和他的科研组除了把木卫三的极光足印与它的磁场结合在一起外还意外在这颗卫星极光的亮度方面发现周期『性』变化，这些变化发生在三个不同时刻。研究人员认为，每次变化都反映了木星的等离子体与木卫三的磁场之间发生了相互作用，但是至今他们也不清楚是什么引起这种相互作用的。
研究负责人、约翰-霍普金斯大学应用物理实验室的韦斯-帕特森表示“通过绘制木卫三表面图，我们可更准确地解答这颗真正独一无二卫星的形成和演变等科学问题。”
这张地图由美国地质调查局公布，从技术上阐述了木卫三表面各种各样的地质特征，是第一张完整的冰冷的外行星卫星地图。帕特森、柯林斯和同事们用美国宇航局旅行者和伽利略太空探测器捕捉到的图像制作出这张地图。
从1610年1月木卫三被发现以来，它就成为反复观测的焦点。科学家用地球望远镜第一次观测木卫三，然后用飞近探测和环绕木星飞行的航天器进行观测。这些研究发现了一个复杂的冰冷世界。
它的表面以两个主要地形类型间的鲜明对比为特征。这两种地形是又黑又冷的多陨石坑地区和更亮更年轻(但依然十分古老)的地区，后者以大量沟槽和山脊为特征。
木卫三直径3280英里(约合5262公里)，比行星水星和矮行星冥王星都大。它还是已知太阳系中唯一一颗拥有自己磁层的卫星。这张地图详细阐述了木卫三形成和在太阳系大部分历史中演变的地质特征。这些地质特征记录下木卫三内部演变、木卫三动力学和其他伽利略卫星间相互作用以及撞击木卫三表面小天体演变的证据。
这张新地图是研究人员比较其他冰冷卫星地质特征的重要工具，因为在其他冰冷卫星上发现的任何特征类型都和木卫三某个地方的特征相似。木卫三表面是地球所有陆地面积的一半以上。
这颗卫星为科学家提供各种各样的观测地点。柯林斯说“木卫三表现出古老和最近形成的地质特征。
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