Past exploration of Jupiter's diverse satellite system has forever changed our understanding of the unique environments to be found around gas giants, both in our solar system and beyond. The detailed investigation of three of Jupiter's Galilean satellites (Ganymede, Europa, and Callisto), which are believed to harbour subsurface water oceans, is central to elucidating the conditions for habitability of icy worlds in planetary systems in general. The study of the Jupiter system and the possible existence of habitable environments offer the best opportunity for understanding the origins and formation of the gas giants and their satellite systems. The JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) mission, selected by ESA in May 2012 to be the first large mission within the Cosmic Vision Program 2015–2025, will perform detailed investigations of Jupiter and its system in all their inter-relations and complexity with particular emphasis on Ganymede as a planetary body and potential habitat. The investigations of the neighbouring moons, Europa and Callisto, will complete a comparative picture of the Galilean moons and their potential habitability. Here we describe the scientific motivation for this exciting new European-led exploration of the Jupiter system in the context of our current knowledge and future aspirations for exploration, and the paradigm it will bring in the study of giant (exo) planets in general.

Inside Enceladus Saturn's moon Enceladus has often been the focus of flybys of the Cassini spacecraft. Although small—Enceladus is roughly 10 times smaller than Saturn's largest moon, Titan—Enceladus has shown hints of having a complex internal structure rich in liquid water. Iess et al. (p. 78 ) used long-range data collected by the Cassini spacecraft to construct a gravity model of Enceladus. The resulting gravity field indicates the presence of a large mass anomaly at its south pole. Calculations of the moment of inertia and hydrostatic equilibrium from the gravity data suggest the presence of a large, regional subsurface ocean 30 to 40 km deep.

Getting to Know Titan Gravity-field measurements provide information on the interior structure of planets and their moons. Iess et al. (p. 457 ; published online 28 June) analyzed gravity data from six flybys of Saturn's moon, Titan, by the Cassini spacecraft between 2006 and 2011. The data suggest that Titan's interior is flexible on tidal time scales with the magnitude of the observed tidal deformations being consistent with the existence of a global subsurface water ocean.

Abstract Images collected during NASA’s Double Asteroid Redirection Test (DART) mission provide the first resolved views of the Didymos binary asteroid system. These images reveal that the primary asteroid, Didymos, is flattened and has plausible undulations along its equatorial perimeter. At high elevations, its surface is rough and contains large boulders and craters; at low elevations its surface is smooth and possesses fewer large boulders and craters. Didymos’ moon, Dimorphos, possesses an intimate mixture of boulders, several asteroid-wide lineaments, and a handful of craters. The surfaces of both asteroids include boulders that are large relative to their host body, suggesting that both asteroids are rubble piles. Based on these observations, our models indicate that Didymos has a surface cohesion ≤ 1 Pa and an interior cohesion of ∼10 Pa, while Dimorphos has a surface cohesion of <0.9 Pa. Crater size-frequency analyzes indicate the surface age of Didymos is 40–130 times older than Dimorphos, with likely absolute ages of $$\sim$$ ~ 12.5 Myr and <0.3 Myr, respectively. Solar radiation could have increased Didymos’ spin rate leading to internal deformation and surface mass shedding, which likely created Dimorphos.

Abstract Asteroids smaller than 10 km are thought to be rubble piles formed from the reaccumulation of fragments produced in the catastrophic disruption of parent bodies. Ground-based observations reveal that some of these asteroids are today binary systems, in which a smaller secondary orbits a larger primary asteroid. However, how these asteroids became binary systems remains unclear. Here, we report the analysis of boulders on the surface of the stony asteroid (65803) Didymos and its moonlet, Dimorphos, from data collected by the NASA DART mission. The size-frequency distribution of boulders larger than 5 m on Dimorphos and larger than 22.8 m on Didymos confirms that both asteroids are piles of fragments produced in the catastrophic disruption of their progenitors. Dimorphos boulders smaller than 5 m have size best-fit by a Weibull distribution, which we attribute to a multi-phase fragmentation process either occurring during coalescence or during surface evolution. The density per km 2 of Dimorphos boulders ≥1 m is 2.3x with respect to the one obtained for (101955) Bennu, while it is 3.0x with respect to (162173) Ryugu. Such values increase once Dimorphos boulders ≥5 m are compared with Bennu (3.5x), Ryugu (3.9x) and (25143) Itokawa (5.1x). This is of interest in the context of asteroid studies because it means that contrarily to the single bodies visited so far, binary systems might be affected by subsequential fragmentation processes that largely increase their block density per km 2 . Direct comparison between the surface distribution and shapes of the boulders on Didymos and Dimorphos suggest that the latter inherited its material from the former. This finding supports the hypothesis that some asteroid binary systems form through the spin up and mass shedding of a fraction of the primary asteroid.

Abstract NASA’s Double Asteroid Redirection Test (DART) spacecraft impacted Dimorphos, the natural satellite of (65803) Didymos, on 2022 September 26, as a first successful test of kinetic impactor technology for deflecting a potentially hazardous object in space. The experiment resulted in a small change to the dynamical state of the Didymos system consistent with expectations and Level 1 mission requirements. In the preencounter paper, predictions were put forward regarding the pre- and postimpact dynamical state of the Didymos system. Here we assess these predictions, update preliminary findings published after the impact, report on new findings related to dynamics, and provide implications for ESA’s Hera mission to Didymos, scheduled for launch in 2024 October with arrival in 2026 December. Preencounter predictions tested to date are largely in line with observations, despite the unexpected, flattened appearance of Didymos compared to the radar model and the apparent preimpact oblate shape of Dimorphos (with implications for the origin of the system that remain under investigation). New findings include that Dimorphos likely became prolate due to the impact and may have entered a tumbling rotation state. A possible detection of a postimpact transient secular decrease in the binary orbital period suggests possible dynamical coupling with persistent ejecta. Timescales for damping of any tumbling and clearing of any debris are uncertain. The largest uncertainty in the momentum transfer enhancement factor of the DART impact remains the mass of Dimorphos, which will be resolved by the Hera mission.

Abstract Spacecraft observations revealed that rocks on carbonaceous asteroids, which constitute the most numerous class by composition, can develop millimeter-to-meter-scale fractures due to thermal stresses. However, signatures of this process on the second-most populous group of asteroids, the S-complex, have been poorly constrained. Here, we report observations of boulders’ fractures on Dimorphos, which is the moonlet of the S-complex asteroid (65803) Didymos, the target of NASA’s Double Asteroid Redirection Test (DART) planetary defense mission. We show that the size-frequency distribution and orientation of the mapped fractures are consistent with formation through thermal fatigue. The fractures’ preferential orientation supports that these have originated in situ on Dimorphos boulders and not on Didymos boulders later transferred to Dimorphos. Based on our model of the fracture propagation, we propose that thermal fatigue on rocks exposed on the surface of S-type asteroids can form shallow, horizontally propagating fractures in much shorter timescales (100 kyr) than in the direction normal to the boulder surface (order of Myrs). The presence of boulder fields affected by thermal fracturing on near-Earth asteroid surfaces may contribute to an enhancement in the ejected mass and momentum from kinetic impactors when deflecting asteroids.

Abstract The JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) of ESA was launched on 14 April 2023 and will arrive at Jupiter and its moons in July 2031. In this review article, we describe how JUICE will investigate the interior of the three icy Galilean moons, Ganymede, Callisto and Europa, during its Jupiter orbital tour and the final orbital phase around Ganymede. Detailed geophysical observations about the interior of the moons can only be performed from close distances to the moons, and best estimates of signatures of the interior, such as an induced magnetic field, tides and rotation variations, and radar reflections, will be obtained during flybys of the moons with altitudes of about 1000 km or less and during the Ganymede orbital phase at an average altitude of 490 km. The 9-month long orbital phase around Ganymede, the first of its kind around another moon than our Moon, will allow an unprecedented and detailed insight into the moon’s interior, from the central regions where a magnetic field is generated to the internal ocean and outer ice shell. Multiple flybys of Callisto will clarify the differences in evolution compared to Ganymede and will provide key constraints on the origin and evolution of the Jupiter system. JUICE will visit Europa only during two close flybys and the geophysical investigations will focus on selected areas of the ice shell. A prime goal of JUICE is the characterisation of the ice shell and ocean of the Galilean moons, and we here specifically emphasise the synergistic aspects of the different geophysical investigations, showing how different instruments will work together to probe the hydrosphere. We also describe how synergies between JUICE instruments will contribute to the assessment of the deep interior of the moons, their internal differentiation, dynamics and evolution. In situ measurements and remote sensing observations will support the geophysical instruments to achieve these goals, but will also, together with subsurface radar sounding, provide information about tectonics, potential plumes, and the composition of the surface, which will help understanding the composition of the interior, the structure of the ice shell, and exchange processes between ocean, ice and surface. Accurate tracking of the JUICE spacecraft all along the mission will strongly improve our knowledge of the changing orbital motions of the moons and will provide additional insight into the dissipative processes in the Jupiter system. Finally, we present an overview of how the geophysical investigations will be performed and describe the operational synergies and challenges.