木星由90%的氢和10%的氦（原子数之比，75/25%的质量比）及微量的甲烷、水、氨水和“石头”组成。木星的大气层很浓厚，厚度达3000千米，在大气层之下有一层厚达2.7万公里的液态氢层，再下面是金属氢，这与形成整个太阳系的原始的太阳系星云的组成十分相似。土星有一个类似的组成，也是一层浓密的大气层，大气层下有一层厚达2.6万㎞的液态氢层，再下面也是金属氢。但天王星与海王星的组成中，氢和氦的量就少一些了。
内核 木星可能有一个石质的内核，相当于10-15个地球的质量。内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿帕压强下才存在，木星内部就是这种环境（土星也是）液态金属氢由离子化的质子与电子组成（类似于太阳的内部，不过温度低多了）在木星内部的温度压强下氢气是液态的，而非气态，这使它成为了木星磁场的电子指挥者
与根源，木星的磁场强度大约10高斯，比地球大10倍。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰木星还是天空中已知的最强的射电源之一。 最外层主要由普通的氢气与氦气分子组成，它们在内部是液体，而在较外部则气体化了，我们所能看到的就是这深邃的一层的较高处。水、二氧化碳、甲烷及其他一些简单气体分子在此处也有一点儿。
云层的三个明显分层中被认为存在着氨冰，氨水硫化物和冰水混合物。然而来自伽利略号的证明的初步结果表明云层中这些物质极其稀少（一个仪器看来已检测了最外层，另一个同时可能已检测了第二外层）。但这次证明的地表位置十分不同寻常－－基于地球的望远镜观察及更多的来自伽利略号轨道飞船的观察提示这次证明所选的区域很可能是木星表面最温暖又是云层最少的地区。
来自伽利略号的大气层数据同样证明那里的水比预计的少得多，那时预计木星大气所包含的氧是太阳的两倍（算上充足的氢来生成水），但实际集中的比太阳要少。另外一个惊人的消息是大气外层的高温和它的密度。
木星向外辐射能量，比起从太阳处收到的来说要多。木星内部很热：内核处可能高达20000℃。该热量的产量是由开尔文-赫尔姆霍兹原理生成的（行星的慢速重力压缩）。（木星并不是像太阳那样由核反应产生能量，它太小因而内部温度不够引起核反应的条件。）这些内部产生的热量可能很大地引发了木星液体层的对流，并引起了我们所见到的云顶的复杂移动过程。土星与海王星在这方面与木星类似，奇怪的是，天王星则不。
木星的内核正在被侵蚀，但没人知道到底有多快 木星是自身成就的牺牲者。一些复杂的新计算表明，这颗太阳系中最大的行星——质量比其他几颗行星质量总和的两倍还要大——已经摧毁了其核心的一部分。然而具有讽刺意味的是，罪魁祸首恰好是把木星打造成一颗气态巨行星的氢和氦——随着行星的形成，其内核的引力对这些元素产生了吸引。这一发现意味着大多数巨大的太阳系外行星可能根本就没有内核。
天文学家之所以把木星称为气态巨行星，缘于其大部分由氢和氦构成，后者在地球上都是气体。然而在木星上，由行星引力产生的巨大压力将大部分氢压缩为一种能够导电的金属流体。氢和氦包围着一个由铁、岩石和冰构成的中心核。而这一内核——质量相当于地球质量的10倍——仅仅是质量为地球318倍的行星的一小部分。
如今，美国加利福尼亚大学伯克利分校的行星科学家HughWilson和BurkhardMilitzer完成了一些量子力学计算，旨在搞清当位于行星中央的氧化镁（MgO）——木星内核岩石中的一种关键成分——被一种氢—氦流体所浸没时会发生什么。这里的温度约为16000开氏度——比太阳表面的温度还热，压力相当于4000万个大气压。这些情况非常极端，没有试验能够复制它们。
根据研究小组的计算，MgO具有非常高的溶解度。就像研究人员在递交给《物理评论快报》的一篇论文所表述的那样，尽管侵蚀的确切速度尚未搞清，但这意味着木星内核中的固体岩石正在溶解为液体。Wilson和Militzer较早前曾计算过木星内核中的冰也在溶解。因此，木星现在的内核可能并没有行星形成时那么大。
加利福尼亚理工学院的行星科学家DavidStevenson表示，新的研究很重要，因为科学家想要了解木星是如何随着时间的流逝而变化的。Stevenson说：“如果能做到这一点，那么我们将能够就木星在形成之初是什么样子给出一个非常有用的描述。”“在那时，它是否曾有一个巨大的核？如果有，是地球质量的10倍，15倍，还是5倍？”2016年，美国宇航局（NASA）的朱诺号探测器将开始环绕木星运行，并通过测量其引力场提供有关行星现在内部情况的数据。
同时，这些计算的意义已经超越了木星。围绕其他恒星运行的许多行星比木星还要大，因此它们的内核可能要更为炙热。Militzer表示：“对这些行星而言，内核侵蚀可能要快得多。”这意味着质量是木星数倍的气态巨行星或许根本就是没有内核的，从而改变了科学家们秉持许久的有关这些遥远世界的认识。
表面飓风 木星和其他气态行星表面有高速飓风，风速达每小时400千米，并被限制在狭小的纬度范围内，在接近纬度的风吹的方向又与其相反。这些带中轻微的化学成分与温度变化造成了多彩的地表带，支配着行星的外貌。光亮的表面带被称作区（zones），暗的叫作带（belts）。这些木星上的带子很早就被人们知道了，但带子边界地带的漩涡则由旅行者号飞船首座次发现。伽利略号飞船发回的数据表明表面风速比预料的快得多（大于400英里每小时）并延伸到根所能观察到的一样深的地方，大约向内延伸有数千千米。木星的大气层也被发现相当紊乱，这表明由于它内部的热量使得飓风在大部分急速运动，不像地球只从太阳处获取热量。
木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的，可能其中混入了硫的混合物，造就了五彩缤纷的视觉效果，但是其详情仍无法知晓。
色彩的变化与云层的高度有关：最低处为蓝色，跟着是棕色与白色最高处为红色。我们通过高处云层的洞才能看到低处的云层。 木星表面的大红斑早在300年前就被地球上的观察所知晓（这个发现常归功于卡西尼，或是17世纪的RobertHooke）大红斑是个长25000千米跨度12000千米的椭圆，足以容纳两个地球。其他较小一些的斑点也已被看到了数十年了红外线的观察，加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区，那里的云层顶端比周围地区特别高，也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有，人类还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间。
表面磁场 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140-700万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5~7万公里的范围内。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。美国的“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了6000万公里以外的土星的轨道上。
木星的磁气圈分布范围比地球磁气圈的范围大上100多倍，是太阳系中最大的磁气圈由于太阳风和磁气圈的作用木星也和地球一样在极区有极光产生，强度约为地球的100倍。
大气层 木星的大气组成中，按分子数量来看，81%是氢气，18%是氦气，按质量则分别是75%和24%。只有约1%左右的其他气体，其中包括甲烷、水蒸气、氨气等。这与太阳系的前身－原始太阳星云的组成相近，但木星中较重元素的比例却比原始太阳星云多数倍。同为气体行星的土星也是类似的组成，但天王星及海王星中的氢和氦就少得多。
由于木星快速的自转，木星的大气显得非常地“焦躁不安”。木星的大气其实是一个复杂多变的天气系统，木星云层的图案每时每刻都在变化。我们在木星表面可以看到大大小小的风暴，其中最着名的风暴是“大红斑”。这是一个朝着逆时针方向旋转的古老风暴，它早在300多年前就被人类发现了，一般认为是17世纪的卡西尼或罗伯特·胡克发现的也就是说，这个巨大的风暴已经在木星大气层中存在了几百年。大红斑有三个地球那么大，其外围的云系每四到六天即运动一周，风暴中央的云系运动速度稍慢且方向不定。因而云带之间常形成小风暴，并合并成为较大型风暴；2000年，天文学家透过哈勃望远镜发现大红斑以南形成一个小白斑，跟大红斑相同之颜色已有大红斑的一半大小，在木星自转中随大红斑之后。两红斑每两年擦身而过一次。2006年7月两红斑擦身而过；但没有正面冲突，使得大红斑“吃掉”小红斑。有科学家预计未来将有可能发生两红斑合并的状况。
木星表面有红、褐、白等五彩缤纷的条纹图案，可以推测木星大气中的风向是平行于赤道方向，因区域的不同而交互吹着西风及东风，是木星大气的一向明显特征。大气中含有极微的甲烷、乙炔之类的有机成份，而且有打雷现象生成有机物的机率相当大。
科学家由苏梅克-列维9号彗星撞击后释出的大气成份检测出硫，得知木星大气含有硫的成份。 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大红斑的艳丽红色令人印象深刻，颜色似乎来自红磷。
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-148℃，仍比计算值高这也说明木星有内部热源。
“先驱者号”探测器对木星考察的结果。表明，木星没有固体表面，木星是一个流体行星。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。
大红斑 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，其中最显着最持久，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1879～1882年，1893～1894年，1903～1907年，1911～1914年，1919～1920年，1926～1927年，特别是在1936～1937年，1961～1968年，以及1973～1974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。 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，上述理论也就是自然被抛弃了。
“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。
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。
木星大红斑每小时时速可达400千米，而地球上的龙卷风最高时速连它的3/4都达不到，而且持续时间与木星大红斑大小都比地球龙卷风长和大。至于这是为什么至今仍是个迷。 美国宇航局通过一系列观测发现木星大红斑正处于缩小状态，未来的时间里可能变得更小。早在1800年人们就对木星大红斑进行了观测，估计直径大约为40000公里，美国宇航局1979年和1980年观测其直径变为22500公里，而NASA的观测发现木星的大红斑直径大约为16100公里，红斑直径变得越来越小。
木星的大红斑其实是一个巨大的超级风暴，可以容纳下三至四个地球，自望远镜发明以来人们就对木星等天体进行观测，这也是太阳系中最大的超级风暴，外部出现深红色，并镶嵌着淡黄色、橙色和白色结构。图中显示的为木星2014年的大红斑，在1995年、2009年以及2014拍摄的木星大红斑，我们可以明显看出其大小正在变小，风暴的速度在每小时数百英里，其规模在太阳系中堪称一绝。
对于大红斑为什么会出现变小的趋势，科学家仍然还不得而知，根据最新的估计，其大小可能缩小了1000公里，大约为621英里，来自美国宇航局戈达德空间飞行中心的科学家艾米·西蒙认为大红斑外围风圈的缩小可能与内部的小型涡流有关，其实这些小涡流是大红斑的组成部分，如果外部结构变小，说明其内部的涡流受到了某种因素的干扰，后续的调查计划将围绕着木星大气层内发生变化为主，探索为什么风暴能量会出现减弱，导致大红斑萎缩。
小结：很多的科学家他们研究木星都是经过探测器来进行研究的，所以他们除了调查外，还能拍摄到木星表面的大红斑的状态。那么木星发生的表面的变化，我们通过探测器也是能够完全的发现的。
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