Trên bề mặt Ganymede có đại dương khổng lồ bị băng bao phủ. Lượng nước đóng thành băng này, theo ước tính của các nhà khoa học, lớn hơn tổng trữ lượng nước bề mặt của Trái đất.
Ganymede cũng là vệ tinh duy nhất trong Hệ Mặt trời có từ trường riêng. Tương tác giữa lớp băng bề mặt với từ trường là một trong những lý do thúc đẩy Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) thực hiện các quan sát đối với Ganymede.
Trên Trái đất, các đường sức của từ trường chính là đường dẫn cho các hạt mang điện trong gió Mặt trời tương tác với tầng trên của khí quyển hành tinh, tạo thành cực quang tuyệt đẹp. Tuy nhiên, vệ tinh Ganymede không có khí quyển để cản trở chuyển động của luồng hạt mang điện. Chính vì vậy, bề mặt tại địa cực của Ganymede liên tục bị plasma từ sao Mộc bắn phá. Hiện tượng plasma bắn phá này có ảnh hưởng rất lớn đến lớp băng trên bề mặt Ganymede.
Ngày 26/12/2019, tàu thăm dò sao Mộc Juno của NASA bay gần Ganymede và chụp được khoảng 300 bức ảnh về cực bắc của vệ tinh này trong dải hồng ngoại. Các bức ảnh được thực hiện thông qua thiết bị gọi là Cụm camera hồng ngoại tích hợp (Jovian Infrared Auroral Mapper - JIRAM) ở khoảng cách khoảng 100.000 km.
"Dữ liệu từ JIRAM cho thấy, băng đá ở khu vực cực Bắc của Ganymede tạo thành vết đen trên ảnh. Đây là hiện tượng mà chúng tôi biết đến lần đầu tiên, nhờ tàu Juno; bởi chúng tôi có thể nhìn thấy cả khu vực cực Bắc" - ông Alessandro Mura ở Viện Vật lý thiên văn ở Roma (Italy), cho biết.
Trên xích đạo Ganymede, băng đá có cấu trúc tinh thể. Tuy nhiên ở gần 2 cực, băng đá lại là vô định hình. Các hạt mang điện đến từ sao Mộc di chuyển theo đường sức của từ trường đến 2 cực, ngăn chặn các phân tử nước sắp xếp thành cấu trúc tinh thể. Trong dải tần đỏ, băng đá vô định hình có dấu vết khác so với tinh thể nước đá ở vùng xích đạo Ganymede.
Thiết bị JIRAM được thiết kế để tóm bắt ánh sáng đỏ, đến từ sao Mộc, đồng thời nghiên cứu các lớp khí quyển hành tinh khí khổng lồ này. Tuy nhiên, JIRAM cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu các vệ tinh Io, Europa, Ganymede hay Callisto.
Các nghiên cứu này có thể thành công trong sứ mệnh vũ trụ tiếp theo đến thế giới băng đá của sao Mộc. Sứ mệnh JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, dự kiến khởi hành vào giữa năm 2022, sẽ quan sát từ quyển và khí quyển sao Mộc; đồng thời quan sát kỹ hơn 2 vệ tinh Ganymede và Europa.
Tàu Juno được phóng lên vũ trụ vào năm 2011. Nó bay vào quỹ đạo sao Mộc vào tháng Tám năm 2016. Theo kế hoạch ban đầu, con tàu ở trên "quỹ đạo 14 ngày" (bay 1 vòng trên quỹ đạo này hết 14 ngày) của sao Mộc. Tuy nhiên do sự cố liên quan đến van khóa bình chứa helium trong động cơ chính của con tàu, các kỹ sư NASA quyết định để nó ở trên "quỹ đạo 53 ngày" của sao Mộc cho đến cuối sứ mệnh.
