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  伽利略号的首要任务是要对木星系统进行为期两年的研究,而事实上,伽利略号从1995年进入木星的轨道直到2003年坠毁,它一共在木星工作了8年之久。它环绕木星公转,约两个月公转一周。在木星的不同位置上,得到其磁层的数据。此外它的轨道也是预留作近距观测卫星的,在1997年12月7日,它开始执行其额外任务,多次近距在木卫一和木卫二上越过,最近的一次是于2001年12月15日,距卫星表面仅180公里。  由于木卫二的冰层下可能存在生命,为避免未经消毒的太空船撞向木卫二,令地球的细菌污染其环境,控制人员最终选择把伽利略号撞向木星。

  伽利略号的旅程并不顺遂。它原本的计划是由航天飞机将它和它的推动火箭—半人马座火箭送入地球轨道。然后半人马座火箭将用2年半的时间将伽利略号送抵木星。在80年代初,伽利略号完工的时候由于航天飞机和运载火箭没有准备好,所以推迟了发射时间。当一切准备妥当之后,升空日期被定在1986年的5月。但在1986年1月的挑战者号航天飞机惨剧发生后,美国政府停止了一切的升空活动,并对安全准则进行检讨。伽利略号的升空时间被延后至3年之后。新的安全准则也随之增加,包括使用低功率的推进火箭,并禁止在航天飞机的运送仓内放置燃料。这意味着半人马座火箭将被取消。为了进入预期的轨道,太空船得先进入金星的轨道,再借助引力来加速,还要两度折回地球加速,然后才前往木星。这使得原本预定2年半的旅程变成了6年。在等待升空的三年中,伽利略号被多次改造、运送和储藏。有人认为这3年的“旅程”很可能就是升空后诸多问题的原因。  伽利略号利用增加了的旅程,对月球亮面和暗面的地表化学物质作出了比较,而且还对地球南极的臭氧层作出了大气观测。但在最后一次离开地球之前,问题再度出现。伽利略号的主天线—高增益天线被发现不能准确打开。高增益天线是作为伽利略号和地球联络的主要工具,它的出错造成了严重的后果。本来伽利略号能每数分钟往地球发回一张照片,故障发生后变成了数周一张。幸而,计算机技术的发展对此作出了弥补。数据能通过压缩再传送,这使得照片的传送时间减少为数小时。  在伽利略号掠过小行星带时,伽利略号对小行星951和小行星243(Ida)作出精密观测,发现Ida的卫星,并命名为Dactyl。在1994年的彗星撞木星天文奇观中,伽利略号观测了舒梅克·利维九号彗星的碎片撞入木星的过程,地球上的望远镜则要等待被撞击处朝向地球时才能观测其残留的痕迹。  然而,在到达木星的两个月前,另一个问题发生了。伽利略号的磁带记录器发生了故障。磁带记录器的主要任务是,记录伽利略号上各种仪器所探测到的结果,并在适当的时候发回地球。在主天线发生故障之后,磁带记录器的作用就显得非常重要了。为了对磁带记录器作出调整,伽利略号放弃了原本探测木卫一的计划。  伽利略号带有一个探测器,该探测器的任务是冲入木星的大气,并在燃烧殆尽前,尽可能多的发回数据。这是个艰难的任务,与木星大气摩擦将产生高达华氏21000度的高温。在打开降落伞减速之后,探测器将与抵挡高温的挡热板脱离。独自承受木星的风暴,高温和巨大的压力。在1995年12月7日,探测器进入了木星的大气。探测器成功地发回了信号,但在降落了57分钟之后,探测器被木星发出的热力烧毁。不过这57分钟已经大大地增加了我们对木星大气和气候的了解。  伽利略号对研究木星的卫星也作出了很大的贡献。在伽利略号到达木星之前,人们一共发现了16颗木星的卫星。伽利略号到达后又发现了多颗卫星。现在,这个数字已经上升到了63颗。  由于受到辐射的破坏,伽利略号的摄影装置于2002年1月17日停止运作。由于工程师能够修复磁带的资料,因此它能在坠毁以前继续传送资料回地球。

  在伽利略号的任务结束后,美国太空总署的下一个探测器名为木星冰月轨道器(Jupiter Icy Moons Orbiter, JIMO)已被取消。而2011年发射的朱诺号,已于2016年进入木星轨道。
伽利略号(英语:Galileo)是美国太空总署一艘无人太空船,专门用作研究木星及其卫星。它以文艺复兴时期意大利天文学家伽利略的名字来命名,于1989年10月18日由航天飞机亚特兰蒂斯号运送升空,任务名称为STS-34,它于1995年12月7日接近木星。