Bằng chứng đầu tiên cho sự tồn tại của từ trường Sao Mộc đã xuất hiện vào năm 1955, với sự phát hiện của bức xạ vô tuyến đêcamét, DAM, của Sao Mộc.[79] Vì dải phổ của DAM mở rộng đến 40 MHz, các nhà thiên văn học kết luận rằng Sao Mộc phải có từ trường với cường độ khoảng 1 militesla (tức 10 gauss).[58]

Vào năm 1959, các quan sát trong dải vi sóng (một phần của quang phổ điện từ ở tần số từ 0,1 đến 10 GHz) đã dẫn tới khám phá ra bức xạ đềximét, DIM, của Sao Mộc, được xác định là bức xạ xincrôtron phát ra bởi các hạt điện tử tương đối tính bị bẫy trong các vành đai bức xạ của Sao Mộc.[80] Bức xạ xincrôtron này được sử dụng để ước tính số lượng và năng lượng của các hạt điện tử quanh Sao Mộc và cũng giúp cải thiện các giá trị ước lượng của momen từ và độ nghiêng của nó.[7]

Sự điều biến của bức xạ DAM của Sao Mộc gây ra bởi vệ tinh Io, còn được gọi là DAM do Io, đã được phát hiện vào năm 1964, và cho phép xác định chính xác chu kỳ quay của Sao Mộc.[4][chú thích 10]

Các khám phá sau 1970

Đến năm 1973, độ lớn của mômen từ đã được xác định với sai số tương đối khoảng 50%, trong khi độ nghiêng được ước tính chính xác hơn, vào khoảng 10°.[15] Việc khẳng định hoàn toàn sự tồn tại của từ trường Sao Mộc đã lần đầu tiên được thực hiện vào tháng 12 năm 1973, khi phi thuyền Pioneer 10 bay tới gần hành tinh này.[1][chú thích 11]

Pioneer đã cung cấp các đo đạc bao trùm đầy đủ nhất phần trong từ quyển Sao Mộc.[6] Mức độ bức xạ ở Sao Mộc mạnh hơn gấp 10 lần so với dự đoán của các nhà thiết kế tàu Pioneer, dẫn đến những lo lắng rằng tàu thăm dò sẽ không tồn tại nổi; tuy nhiên, với một vài trục trặc nhỏ, nó đã vượt qua được các vành đai bức xạ, một phần nhờ vào sự biến thiên của quyển từ Sao Mộc, vào thời điểm đó, theo chiều hướng có lợi cho tàu vũ trụ. Tuy nhiên, Pioneer 11 đã mất hầu hết các hình ảnh chụp Io, vì các bức xạ mạnh đã khiến phân cực kế của máy ảnh bị nhận được một số lệnh giả mạo. Các tàu vũ trụ trong chương trình Voyager được lên kế hoạch sau đó, với công nghệ tiên tiến hơn, đã được thiết kế lại để đối phó với mức độ bức xạ mạnh.[28]

Voyager 1 và 2 đến Sao Mộc vào các năm 1979–1980 và chủ yếu đi trong mặt phẳng xích đạo. Voyager 1 đã đi vào trong vùng ở khoảng cách 5 RJ tới tâm Sao Mộc,[15] và trở thành tàu vũ trụ đầu tiên gặp vòng xuyến plasma của Io.[6] Voyager 2 đi vào vùng ở khoảng cách 10 RJ[15] và đã khám phá ra phiến dòng ở mặt phẳng xích đạo. Tàu thăm dò tiếp theo đã đi qua Sao Mộc là Ulysses vào năm 1992, đã khảo sát một phần từ quyển cực của hành tinh này.[6]

Tàu vũ trụ Galileo đã bay trên quỹ đạo quanh Sao Mộc từ năm 1995 đến năm 2003, cung cấp bản đồ khá đầy đủ về từ trường Sao Mộc ở gần mặt phẳng xích đạo, tại khoảng cách lên đến 100 RJ. Các vùng được khảo sát bao gồm đuôi từ, và vùng bình minh và hoàng hôn của từ quyển.[6] Tuy Galileo đã sống sót tương đối thành công trong môi trường bức xạ khắc nghiệt của Sao Mộc, nó vẫn gặp phải một số vấn đề kỹ thuật. Đặc biệt, con quay hồi chuyển của tàu vũ trụ này thường biểu hiện các lỗi với số lượng ngày càng gia tăng. Nhiều lần tia lửa điện đã phóng giữa các phần quay và không quay của tàu vũ trụ, làm cho nó tự động chuyển sang chế độ an toàn, dẫn đến mất hoàn toàn dữ liệu các ngày thứ 16, thứ 18 và thứ 33 trên quỹ đạo. Các bức xạ cũng gây ra thay đổi pha trong bộ dao động thạch anh vốn được cho là cực kỳ ổn định trên Galileo.[81]

Khi tàu vũ trụ Cassini bay qua Sao Mộc vào năm 2000, nó đã thực hiện những đo đạc phối hợp với Galileo.[6] Sau đó, New Horizons đã bay qua Sao Mộc vào năm 2007, thực hiện một điều tra duy nhất về đuôi từ Sao Mộc, ở khoảng cách tới 2500 RJ dọc theo đuôi từ.[34]

Năm 2003, NASA đã tiến hành một nghiên cứu sơ bộ mang tên "Thám hiểm dùng người ở các hành tinh bên ngoài" (HOPE), đề cập đến khả năng con người tham gia vào các chuyến thám hiểm trong tương lai về vùng ngoài hệ Mặt Trời. Khả năng xây dựng một căn cứ trên Callisto đã được đưa ra tranh luận, nhờ vào mức bức xạ thấp ở khoảng cách của vệ tinh này đến Sao Mộc và sự ổn định về địa chất của nó. Callisto là vệ tinh Galileo duy nhất mà việc khám phá có sự tham gia của con người dường như là khả thi. Mức độ bức xạ ion hoá trên Io, Europa và Ganymede là quá nguy hiểm cho cuộc sống của con người, và các biện pháp bảo vệ đầy đủ vẫn chưa được xây dựng.[82]

Các khám phá sau 2010

Tàu Juno đã được phóng vào năm 2011 và đi vào quỹ đạo bay quanh Sao Mộc vào tháng 7 năm 2016. Tàu này mang theo một bộ dụng cụ được thiết kế để đo đạc kỹ hơn về từ quyển, bao gồm từ kế và các thiết bị khác để đo đạc plasma và một thiết bị được gọi là Waves để đo sóng vô tuyến.

Các dụng cụ trong Thí nghiệm Phân bố Cực quang Sao Mộc (JIRAM) cũng giúp cung cấp thêm thông tin về từ quyển.[83]

Mục tiêu khoa học của Juno bao gồm việc khám phá đầy đủ hơn về từ quyển cực của Sao Mộc.[84] Độ phủ của các đo đạc về từ quyển Sao Mộc vẫn kém hơn nhiều so với đo đạc từ trường Trái Đất. Các nghiên cứu bổ sung sẽ giúp mở rộng hiểu biết về động lực học của từ quyển Sao Mộc.[6]

Một mục tiêu chính của nhiệm vụ Juno là khám phá từ quyển cực của Sao Mộc. Trong khi Ulysses đã đạt được vĩ độ khoảng 48 độ trong một thời gian ngắn, nó lại ở khoảng cách khá xa đến Sao Mộc (cỡ 8,6 RJ). Do đó, từ quyển cực của Sao Mộc vẫn là vùng hầu như chưa được khám phá, và đặc biệt, khu vực gia tốc cực tím chưa bao giờ được thám hiểm....

— A Wave Investigation for the Juno Mission to Jupiter[84]