木卫四于1610年为伽利略伽利莱首次发现。木卫四是太阳系中的第三大卫星和继木卫三之后的木星第二大卫星。木卫四的直径为水星直径的99%，但是质量只有它的三分之一。在四颗伽利略卫星中，其轨道距离木星最远，约为188万公里。木卫四并不像内层的三颗伽利略卫星木卫
一、木卫二和木卫三那般处于轨道共振状态，所以其上并不存在明显的潮汐热效应。木卫四属同步自转卫星，永远以同一面朝向木星。由于轨道较远，较之内层的卫星，木卫四表面受到木星磁场的影响较小。木卫四表面曾经遭受过猛烈撞击，其地质年龄十分古老。由于木卫四上没有任何板块运动、地震或火山喷发等地质活动存在的证据，故天文学家认为其地质特征主要是陨石撞击所造成的。
木卫四主要的地质特征包括多环结构、各种形态的撞击坑、撞击坑链、悬崖、山脊与沉积地形。在天文学家仔细考察后，发现该卫星表面地形多变，包括位于抬升地形顶部、面积较小且明亮的冰体沉积物及环绕其四周、边缘较平缓的地区(由较黑暗的物质来构成)。天文学家认为这种地形是小型地质构造升华所导致的，小型撞击坑普遍消失，许多疙瘩地形是遗留下来的痕迹，该地形的确切年龄还未确定。木卫四上存在一层非常稀薄的大气，主要由二氧化碳构成，成分可能还包括氧气，此外木卫四还有一个活动剧烈的电离层。科学家们认为木卫四是因木星四周气体和尘埃圆盘的吸积作用而缓慢形成的。
由于木卫四形成过程缓慢且缺乏潮汐热效应，所以内部结构并未经历快速的分化。木卫四内部的热对流在形成后不久就已经开始，这种对流导致内部结构的部分分化，位于地表100至150千米深处的地下海洋与一个个比较小的岩质内核可能因此形成。就如同木卫二和木卫三一样，也有人认为在木卫四表面之下的咸水海洋中可能存在着外星生命。但是较之木卫二和木卫三来说，木卫四上的环境显得相对恶劣，主要是因为:缺乏可接触的岩石物质、来自星体内核的热通量较低。科学家特伦斯约翰森这样论述木卫四和其他伽利略卫星上生命存在可能性的问题是: 构成生命的基本材料--我们称之为前生命时期物质--在许多太阳系天体，如彗星、小行星和冰卫星中含量都十分丰富。
生物学家相信液态水和热量是支撑生命必不可少的，所以能够在另一个天体上发现液态水是十分令人振奋的。
但是，对于木卫四来说，至少在目前阶段，热量是一个大问题，它上头的海洋主要依靠放射性元素衰变加热，而离木星相对较近的木卫二则能够依靠引力潮汐产生更多的热量。 西班牙科学家在26日出版的英国《自然》杂志上为木卫四内部的海洋提供了一个新的解释。其计算表明，木卫四的温度和压力条件使得其表面的冰层传热性较差，阻止了内部热能散失，保温效果比人们以前认为的更好。根据计算，木卫四地表以下150公里深处可能存在一个深20公里的巨大海洋。木星的另两颗大卫星木卫二和木卫三也可能因为类似原因而拥有地下海洋。
木卫四是木星的第二大卫星，直径4800公里。1998年，伽利略号探测器发回的数据显示，木卫四的磁场随着木星的转动而波动不定。对这种情况的最可能解释是木卫四地表下有一个含盐的大海洋。含盐的水能导电，引起木卫四的磁场和木星的磁场相互作用而产生这种波动。西班牙科学家的新成果为上述猜想提供了进一步支持。
2003年，美国航空航天局针对人类未来对外太阳系的探索进行一项被称为人类外行星探索的概念型研究。在详细审议中将目标定位木卫四。科学家们认为有可能在木卫四表面建立一个基地，从而为太阳系更深空间的探索提供燃料支持。在木卫四上建立基地的好处在于它的较低辐射和地质上的稳定性。同时它还能为进一步探索木卫二提供便利支持，也是在木星系中设置前往更远的外太阳系空间飞船的维修站的理想地点--在离开木卫四之后，飞船可以通过近距离飞掠木星获得重力助推。
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