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.

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.