木衛四的表面是不對稱的：其同軌道方向的一面要暗於逆軌道方向的一面，這與其他伽利略衛星的情況正好相反。此外，其逆軌道方向一面似乎富含二氧化碳，而其同軌道方向一面則含有較多的二氧化硫。
木衛四上許多較年輕的撞擊坑都含有較豐富的二氧化碳。總的來說，木衛四表面的物質構成，特別是暗區的物質構成，十分接近於d型小行星，後者的表面由碳基物質構成。
木衛四表面的反照率為0.2。人們推測其表面的物質構成與其整體的物質構成大致相同。利用近紅外光譜學，科學家們在1.04、1.25、1.5、2.0和3.0微米波長段發現了強烈的冰體水的吸附帶。
冰體在木衛四表面普遍存在，比重在2550之間。對伽利略號和地基觀測站拍攝的高解析度近紅外光譜和紫外線光譜照片進行分析後，科學家們發現了多種非水溶性物質，如含鎂和含鐵的水合矽酸鹽、二氧化碳、二氧化硫，可能還包括氨和多種有機化合物。
木衛四的內部結構圖。木衛四遭受過猛烈轟擊的表面之下是一層厚度在80150公里之間的寒冷、堅硬的冰質岩石圈。
對包圍著木星及其衛星的磁場進行的研究表明在木衛四地殼之下50200公里深處存在著一個鹹水海洋：科學家們發現置於木星多變的磁場中的木衛四就像個理想的導電球體，即磁場無法穿透到達該衛星的核心，這意味著在該星體中存在著一層厚度至少達到10公里的高電導率液體。該海洋中可能還含有少量的氨或其他防凍物質，比重達到了5，從而阻止了海洋的冰凍。在這種情況下，海洋的厚度將達到250300公里。如果不存在海洋，那麼其冰質岩石圈將會更厚，可能厚達300公里。
岩石圈和假定的海洋之下的星體內部可能既不是質地均勻的整體也不是完全的分化型。伽利略號的探測資料特別是在近距離飛掠中測定的無量綱轉動慣量——其數值為0.3549±0.0042）表明其內部由被壓縮的岩石和冰體構成，且由於構成成分的部分沉積，隨著深度的增加，岩石的比重也逐漸加大。也就是說木衛四的內部結構只是部分分層。在該密度和轉動慣量下，星體的中心可能存在著一顆小型矽酸鹽核心。這類核心的半徑不可能超過600公里，而其密度可能介於3.13.g3之間。
木衛四表面的地質年齡十分古老，它同時也是太陽系中遭受過最猛烈轟擊的天體之一，其撞擊坑密度已經接近於飽和：任何新的撞擊坑均可能覆蓋於舊的撞擊坑之上。木衛四上的大型地質構造相對簡單：這裡沒有大型的山脈、火山或其他內源性構造特徵。撞擊坑和多環結構，以及裂縫、懸崖和沉積地形是該星體表面發現的為數不多的幾種大型地質構造。
木衛四表面能夠被分成數種不同的地質單元：撞擊坑平原、較明亮的平原、明亮而平緩的平原以及由多環機構和撞擊坑組成的多類地形單元。撞擊坑平原覆蓋了木衛四的大部分表面，是古老岩石圈的典型代表，其構成物質為冰體和岩石的混合物。
較明亮的平原中存在著明亮的撞擊坑、被稱為變餘結構的古老撞擊坑的殘跡和多環結構的中央部分，科學家們猜測這種地形是由冰質撞擊坑沉積而成。明亮而平緩的平原覆蓋的區域較小，常出現於沃爾哈拉撞擊坑和阿斯嘉德撞擊坑的山脊和槽溝地帶中，撞擊坑平原中的孤立斑點地帶也屬於這種地形。
這種地形的形成最初被認為與內源性地質活動有關，但是伽利略號傳回的高解析度照片顯示這種明亮而平緩的平原地形與斷裂、瘤狀地形有關，並沒有出現任何星體表面被多次覆蓋的跡象。伽利略號的照片亦顯示木衛四上小塊的陰暗平坦區域的覆蓋面積小於1萬平方公里，並被周圍的地形所環繞。這種地形可能是冰火山沉積地形。這些比較明亮或平緩的平原的地質年齡都比撞擊坑平原稍小。
木衛四上的撞擊坑直徑從100米——這是探測照片的最大解析度——到100多公里不等，而多環結構則不算在列。直徑小於5公里的較小撞擊坑擁有簡單的碗型結構或平底結構。直徑在540公里間的撞擊坑則擁有中央山峰。
直徑在25100公里間的很多撞擊坑，如庭德爾撞擊坑(tindrcrater)，其中央山峰為塌陷地形所取代。而直徑大於60公里的大型撞擊坑的中央則可能存在著拱形結構，這可能是撞擊事件發生之後的構造抬升作用造成的。而少數明亮且直徑大於100公里的撞擊坑則擁有與眾不同的拱形結構。
在張曉辰看來這些撞擊坑較之月球上的同類結構都很淺，可能是向多環機構轉變的過渡地形，張曉辰覺得似乎是和之前見過的全真模擬中的月球表面似乎有些相像。
在星體流動的燦爛星空裡，華楓看到木衛四上最大的撞擊地形是多環盆地。其中有兩個規模巨大，而沃爾哈拉撞擊坑則是其中其中最大的，其明亮的中央地帶直徑達到了600公里，而環狀結構則繼續向外延展了1800公里。第二大的多環結構是阿斯嘉德撞擊坑，直徑大約為1600公里。
多環結構產生的原因可能是撞擊事件發生之後處在柔軟或流動物質——如海洋之上的岩石圈產生的同心環狀的斷裂。
撞擊坑鏈則是一長串鏈狀、呈直線分佈於星體表面的撞擊坑，它們可能是木衛四被過於接近木星而受到引力潮汐作用解體的天體撞擊之後形成的，也可能是遭受小角度撞擊後產生的。前一種情況得到了蘇梅克列維9號彗星撞擊事件的印證。
對這些東西的探索，消弭了因為面對久違學院的百感交集，張曉辰覺得這次萬里歸來總算是不虛此行。
張曉辰看著那些熟悉的一草一木，回望和唐小雨在這裡學習生活的日子，他的心不自覺的就有點痛起來。
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