Mars (planet)

Fysiske egenskaper

Mars er omtrent halvparten så stor som jorden i diameter, og med rundt 15 % av jordens volum og 11 % av massen har den en lavere tetthet enn jorden. Overflatearealet er litt mindre enn det totale arealet av jordens fastland. Selv om Mars er større og mer massiv enn Merkur, har Merkur en høyere tetthet. De to planetene har tilnærmet lik gravitasjonskraft ved overflaten – mindre enn 1 % sterkere på Mars. 
Sammenlignet med jorden og månen er Mars omtrent på gjennomsnittet i størrelse, masse og overflategravitasjon – månen er rundt halvparten av diameteren til Mars mens jorden er det dobbelte; jorden er rundt ni ganger så massiv som Mars mens månen er rundt en niendedel så massiv. Det rød-orange utseende på marsoverflaten er forårsaket av jern(III)oksid, best kjent som hematitt eller rust.

Indre struktur

Liksom jorden har Mars gjennomgått en planetarisk differensiering, hvor en tett, metallisk kjerne er blitt omgitt av mindre tette materialer. Modeller viser en delvis flytende kjerne av jernsulfider på omkring 1 794±65 km i radius, bestående primært av jern og nikkel med omkring 16-17% svovel. Konsentrasjonen av lettere grunnstoffer er dobbelt så høy som i jordens kjerne. Kjernen er omgitt av en mantel av silikater, som har dannet mange av de tektoniske og vulkanske formasjonene på planeten, men som nå ser ut til å være inaktiv. Ved siden av silisium og oksygen, består skorpen av jern, magnesium, aluminium, kalsium og kalium. Skorpens gjennomsnittlige tykkelse er rundt 50 km med en maksimum tykkelse på 125 km. Jordens skorpe er i gjennomsnitt 40 km tykk – bare en tredjedel så tykk som Mars' i forhold til planetenes størrelse. Sonden InSight, som er planlagt å lande i 2018, vil bruke et seismograf for bedre å avgrense de indre bestanddelene.

Jordsmonn

Landingsfartøyet Phoenix samlet data som viste at jordsmonnet var noe alkalisk, og inneholdt grunnstoffene magnesium, natrium, kalium og klorid. Disse næringsstoffene finnes i hager på jorden og er nødvendig for vekst av planter. Eksperimenter utført av Phoenix viste at jordsmonnet har en basisk pH på 8,3 og kan inneholde spor av salt perklorat.
Streker er vanlig rundt om på Mars, og nye dukker opp regelmessig i bratte skråninger i kratre, renner og daler. Strekene er mørke i starten og blir lysere med alderen. Noen ganger starter strekene i et lite område som så sprer seg utover hundrevis av meter. De har også blitt sett å følge kantene av steinblokker og andre hindringer i deres vei. Den allment aksepterte teorien er at mørke underliggende jordlag kommer frem etter skred av lyst støv eller støvdjevler. Flere forklaringer har imidlertid blitt fremlagt og noen involverer vann eller til og med veksten av organismer.

Hydrologi

Flytende vann kan ikke eksistere på overflaten på grunn av det lave atmosfæriske trykket, med unntak av i de laveste høydene i kortere perioder. De to polkalottene ser ut til hovedsakelig å bestå av vann. Det samlede volumet med vann i den sørlige iskappen er tilstrekkelig til å dekke hele planetens overflate med 11 m vann om den smeltet. En mantel av permafrost strekker seg fra polen til rundt 60. breddegrad.
Store mengder med is er antatt å være fanget under den tykke kryosfæren. Radardata fra Mars Express og Mars Reconnaissance Orbiter viser store mengder med is både under polene (juli 2005) og ved midlere breddegrader (november 2008). Landingsfartøyet til Phoenix tok direkte prøver av is i grunt jordsmonn 31. juli 2008.
Landformer antyder sterkt at flytende vann til tider har eksistert på overflaten. Enorme lineære skår av skurt grunn (utstrømningskanaler) på rundt 25 steder, antas å dokumentere erosjonen under den katastrofale frigjøringen av vann fra undergrunnakviferer, men der finnes også hypoteser om at de skyldes isbreer eller lava. Den yngste av kanalene antas å ha blitt dannet så nylig som få millioner år siden. Andre steder, spesielt på de eldste områdene av marsoverflaten, spres et nettverk av dentrittiske daler seg over betydelige deler av landskapet. Dalenes spredning antyder at de ble gravd ut av avrenning fra regn eller snøfall tidlig i planetens historie. Vannstrømmer under overflaten og grunnvannstapping kan spille subsidiære roller i enkelte nettverk, men nedbør var trolig årsaken i nesten alle tilfeller.
Tusenvis av formasjoner langs kratre og dalvegger ligner på terrestriske raviner. De har en tendens til å befinne seg i høylandet på den sørlige halvkulen og til å gå mot ekvator; alle er vendt mot polene med 30° breddegrader. En rekke forfattere har foreslått at dannelsesprosessen avhenger av flytende vann, sannsynligvis fra smeltet is. Andre har argumentert for dannelsesmekanismer som involverer karbondioksidfrost eller bevegelse av tørt støv. Ingen delvis nedbrutte raviner har blitt formet av forvitring og ingen nedslagskratre er observert, og indikerer at dette er svært unge formasjoner, muligens også aktive i dag.
Deltaer og alluviale vifter som er bevart i kratre, argumenterer også for varmere, våtere forhold ved noen intervall eller intervaller i planetens tidligere historie. De krever en utbredt tilstedeværelse av kratersjøer, som det også er uavhengige mineralogiske, sedimentologiske og geomorfologiske bevis for. Noen forfattere har hevdet at de nordlige lave slettene til tider var dekket med sanne hav, hundrevis av meter dype, men dette er fortsatt kontroversielt.
Det er påvist hematitt og goethitt, som noen ganger dannes i nærvær av vann. I 2004 oppdaget Opportunity mineralet jarositt, som bare dannes i nærvær av surt vann. Noen av bevisene som antas å indikere gamle vannbassenger og strømmer har blitt bestridt etter studier av bilder med høyere oppløsning tatt Mars Reconnaissance Orbiter.

Polkalotter

Mars har to permanente polkalotter. Om vinteren befinner disse seg i kontinuerlig mørke mens overflaten kjøles ned slik at 25–30 % av atmosfæren kondenserer ut i tykke skiver med is av karbondioksid (tørris). Når polene igjen blir belyst med sollys, sublimerer den frosne karbondioksiden og skaper kraftige vinder som feier over polene i hastigheter opp mot 400 km/t. Dette årstidsfestede fenomenet transporterer store mengder støv og vanndamp, og gir grunnlag for jordlignende frost og store cirrusskyer. I 2004 fotograferte roveren Opportunity skyer av is.
Disse polare iskappene består hovedsakelig av vann-is. På den nordlige polkalotten samler frossen karbondioksid opp et meter tykt lag om vinteren, mens den sørlige kalotten har et rundt åtte meter tykt permanent tørris-dekke. Nordkalotten har en diameter på ca. 1 000 km under den nordlige Mars-sommeren, og består av ca. 1,6 millioner km³ med is. Hadde isen vært jevnt fordelt over polkalotten, ville den vært ca. 2 km tykk. (Sammenlignet med et volum på 2,85 millioner km³ for isdekket på Grønland). Sørkalotten har en diameter på 350 km og en tykkelse på 3 km. Det totale volum is i den sørkalotten pluss tilstøtende lag har også blitt anslått til 1,6 millioner km³. Begge polkalottene viser spiralrenner, som antas å ha blitt dannet av varierende solvarme, is-sublimering og vanndamp-kondensasjon.
Denne årstid-frosten resulterer i noen av områdene nær den sørlige iskappen i dannelsen av et meter tykt gjennomsiktig lag med tørris over bakken. Når området varmes opp om våren, oppstår det trykk fra sublimerende karbondioksid under laget, som fører til at dette heves og sprekkes opp. Dette fører til geysir-lignende utbrudd av karbondioksidgass blandet med mørk basalt-sand/-støv. Prosessen går raskt, og er observert å skje i løpet av noen dager, uker eller måneder, en endringsfrekvens som er heller uvanlig i geologi, og spesielt for Mars. Gassen som strømmer under laget mot en geysir lager et edderkopplignende mønster av radiale kanaler under isen.

Geografi

Johann Heinrich Mädler og Wilhelm Beer huskes for kartleggingen av månen, men var også blant de første «areografene». De fastslo at størstedelen av overflateformasjonene på Mars var faste og bestemte planetens rotasjonsperiode mer presist. I 1840 kombinerte Mädler ti års observasjoner og tegnet det første kartet over Mars. I stedet for å gi navn til de ulike flekkene utpekte Beer og Mädler dem med bokstaver; Meridian Bay (Sinus Meridiani) ble dermed kjennetegnet «a». 
Før romsonder kunne sende detaljerte bilder, ble kart vanligvis tegnet over albedoformasjoner, lysere eller mørkere flekker eller mønstre som kunne observeres ved hjelp av jordbaserte teleskop. De ble navngitt etter klassisk mytologi, mens de i dag blir navngitt ut fra flere kilder. Kratre større en 60 km blir oppkalt etter avdøde vitenskapsmenn og forfattere og andre som har bidratt til studiene av Mars. Kratre som er mindre enn 60 km blir oppkalt etter byer og landsbyer på jorden med mindre enn 100 000 innbyggere. Store daler er oppkalt etter ordet mars eller stjerne på forskjellige språk, og mindre daler er oppkalt etter elver.
De gamle albedoformasjonsnavnene brukes også i moderne navngivning. Et fjell i albedoformasjonen Nix Olympica (Olympus' snø) fikk for eksempel navnet Olympis Mons (Olympusfjellet). Sett fra jorden er overflaten delt inn i to områdetyper med ulik albedo. De blekere slettene dekket med støv og sand rik på røde jernoksider var en gang sett på som «kontinenter» og gitt navn som Arabia Terra eller Amazonis Planitia. De mørke formasjonene var antatt å være hav og fikk derfor navn som Mare Erythraeum, Mare Sirenum og Aurorae Sinus. Den største mørke formasjonen sett fra jorden er Syrtis Major Planum. Den permanente nordlige polkalotten blir kalt Planum Boreum mens den sørlige kappen blir kalt Planum Australe.
Ekvator er definert av rotasjonen. Beliggenheten til nullmeridianen ble spesifisert, på samme måte som jordens (ved Greenwich), ved valg av et vilkårlig punkt; Mädler og Beer valgte en linje for deres første kart i 1830. Etter at Mariner 9 leverte omfattende bilder i 1972, ble et lite krater (senere kalt Airy-0) som ligger i Sinus Meridiani valgt som definisjonen for 0,0° lengdegrader for å sammenfalle med det opprinnelige valget.
Siden Mars ikke har noe hav eller «havnivå», ble nullhøydeflaten valgt som Mars' areoid, analogt med det den terrestriske geoiden. Nullhøyden er definert av høyden hvor det er 610,5 Pa (6,105 mbar) atmosfærisk trykk. Dette trykket tilsvarer trippelpunktet for vann og er rundt 0,6% av overflatetrykket på havnivået på jorden (0,006 atm). I dag blir overflaten i praksis definert direkte fra gravitasjonsmålinger med satellitter.

Nedslagstopografi

Dikotomien i topografien er slående: De nordlige slettene er flatet ut av lavastrømmer, mens det sørlige høylandet er fulle av arr gamle nedslagskratre. Forskning i 2008 bekreftet en teori fra 1980 om at den nordlige halvkulen for fire milliarder år siden ble truffet av et objekt med størrelse på en tiendedel til to tredjedeler av månen. Teorien tilsier at den nordlige halvkulen er åstedet for et nedslagskrater som er 10 600 km langt og 8 500 km bredt. Området er omtrent på størrelse med Europa, Asia og Australia til sammen, overgår Sydpol-Aitkenbassenget, og er det største nedslagskrateret i solsystemet.
Totalt 43 000 nedslagskratre har en diameter på 5 km eller mer. Det største er nedslagsbassenget Hellas, en lys albedoformasjon godt synlig fra jorden. På grunn av Mars' mindre masse er sannsynligheten for at et objekt kolliderer med planeten rundt halvparten av jordens. Planeten ligger imidlertid nærmere asteroidebeltet, og har derfor økt sjanse for å bli truffet av steiner herfra. I tillegg er sannsynligheten større for å  treffes av kortperiodiske kometer som ligger innenfor banen til Jupiter. Mars har likevel langt færre kratre enn månen, fordi atmosfæren gir beskyttelse mot små meteorer. Morfologien til noen kratre tyder på at bakken ble våt etter at meteoren slo ned.

Vulkaner

Skjoldvulkanen Olympus Mons (Mount Olympus) på 21,3 km er det høyeste kjente fjellet i solsystemet. Det er en utdødd vulkan i det aller høyereliggende regionen Tharsis som inneholder en rekke andre store vulkaner. Olympus Mons er over tre ganger så høy som Mount Everest, som til sammenligning er 8 848 meter.

Tektoniske steder

Den store dalen Valles Marineris (latin for Mariner Valleys, også kjent som Agathadaemon i de gamle kanalkartene) har en lengde på 4 000 km og en dybde på opp til 7 km. Dens lengde tilsvarer lengden av Europa og strekker seg over en femtedel av Mars' omkrets. Til sammenligning er Grand Canyon på jorden 446 km lang og nesten 2 km dyp. Valles Marineris ble dannet av hevelser i Tharsis-området som forårsaket at jordskorpen i området ved Valles Marineris kollapset. Dalen Ma'adim Vallis (Ma'adim er hebraisk for Mars) er 700 km lang og flere ganger større enn Grand Canyon med en bredde på 20 km og en dybde på 2 km enkelte steder. Det er mulig at Ma'adim Vallis ble oversvømmet av flytende vann i fortiden.

Grotter

Bilder fra Thermal Emission Imaging System (THEMIS) ombord på NASAs banesonde Mars Odyssey har avdekket syv mulige grotteinnganger på flankene av vulkanen Arsia Mons. Grottene, oppkalt etter oppdagernes kjære, er kollektivkt kjent som «syv søstre». Grotteinngangene er fra 100–252 m brede og de antas å være minst 73–96 m dype. Siden lyset aldri når bunnen av de fleste hulene er det sannsynlig at de går mye dypere enn disse lave estimatene, og at de utvides under overflaten. «Dena» er det eneste unntaket; dens bunn er synlig og ble målt til å være 130 m dyp. Innsiden av disse grottene kan være beskyttet fra mikrometeoroider, ultrafiolett stråling, solstormer og høyenergi-partikler som bombarderer planetens overflate.

Atmosfære

Mars mistet magnetosfæren for fire milliarder år siden. Solvinden vekselvirker direkte med ionosfæren og senker den atmosfæriske tettheten ved å fjerne atomer fra de ytre lagene. Både Mars Global Surveyor og Mars Express har oppdaget disse atmosfæriske partiklene forsvinne ut i rommet utenfor Mars. Sammenlignet med jorden er atmosfæren ganske fortynnet. Det atmosfæriske trykket ved overflaten går fra et minimum på 30 Pa (0,030 kPa) på Olympus Mons til over 1 155 Pa (1,155 kPa) i Hellas Planitia, noe som betyr et overflatetrykk på 600 Pa (0,60 kPa). Overflatetrykket på det tykkeste tilsvarer trykket som finnes 35 km over jordens overflate, som er mindre enn 1 % av jordens overflatetrykk (101,3 kPa). Skalahøyden av atmosfæren er ca. 10,8 km, noe som er høyere enn jordens (6 km) fordi overflategravitasjonen bare er ca. 38 % av jordens – en effekt oppveid av både lavere temperatur og 50 % høyere gjennomsnittlig molekylvekt i atmosfæren på Mars.
Atmosfæren består av 95 % karbondioksid, 3 % nitrogen, 1,6 % argon og inneholder spor av oksygen og vann. Den er ganske støvete og inneholder partikler på ca. 1,5 µm i diameter som gir marshimmelen en gulbrun farge når den ses fra overflaten.
Metan med en molekylfraksjon på rundt 30 ppb oppstår i bestandige søyler, og profilene innebærer at metan ble løslatt fra adskilte regioner. I den nordlige midtsommeren inneholdt hovedsøylene 19 000 metriske tonn med metan, med en estimert kildestyrke på 0,6 kilogram per sekund. Profilene antyder to lokale kilderegioner, den første sentrert nær 30° N, 260° W og den andre nær 0°, 310° W. Det har blitt anslått at Mars må produsere 270 tonn metan per år.
Den underforståtte nedbrytingstiden for metan kan være så lang som fire år og så kort som omtrent 0,6 år. Denne raske omveltningen skulle tilsi en aktiv kilde til gass. Vulkansk aktivitet, kometnedslag og metanogenske mikrobielle livsformer er blant andre mulige kilder. Metan kan også bli produsert av en ikke-biologisk prosess kalt serpentinisering som involverer vann, karbondioksid og mineralet olivin, som er vanlig på Mars.

Klima

Av alle planetene i solsystemet er årstidene på Mars mest lik jordens, fordi helningen på rotasjonsaksene er veldig like. Årstidene er likevel rundt dobbelt så lange som jordens, ettersom omløpstiden rundt solen tilsvarer 1,88 år på jorden. Overflatetemperaturene varierer fra ca. -150° C under vinteren ved polene til +20° C på det meste om somrene. Det store spranget i temperaturene kommer av den tynne atmosfæren som ikke kan lagre mye solvarme, det lave atmosfæriske trykket og den lave termiske tregheten i jordsmonnet. Planeten er også 1,52 ganger lenger unna solen enn jorden, og mottar kun rundt 43 % av sollyset.
Hvis Mars hadde en jordlignende bane, ville dens årstider være like jordens fordi aksehelningen ligner på jordens. Den relativt store eksentrisiteten i Mars bane ville imidlertid ha en betydelig effekt. Mars er i nærheten av perihelion når det er sommer på den sørlige halvkulen og vinter på den nordlige, og nær aphel når det er vinter på den sørlige halvkulen og sommer på den nordlige. Årstidene på den sørlige halvkulen er derfor mer ekstreme, og årstidene på den nordlige halvkulen er mildere enn det som ellers ville vært tilfelle. Sommertemperaturene i sør kan komme opp i 30 °C varmere enn ekvivalente sommertemperaturer i nord.
Mars har også de største sandstormene i solsystemet. Disse kan variere fra en storm over et lite område til gigantiske stormer som dekker hele planeten. De oppstår tilsynelatende når Mars er nærmest solen, og øker den globale temperaturen.

Måner

To relativt små naturlige måner, Phobos og Deimos, går i bane nær planeten. Begge månene ble oppdaget av Asaph Hall i 1877 – Deimos den 12. august og Phobos den 18. august. De er oppkalt etter skikkelsene Phobos (frykt) og Deimos (avsky) i gresk mytologi. Phobos var personifikasjonen av frykt, og hans navn er opprinnelsen til begrepet «fobi». Deimos var hans tvillingbror. De var sønner av kjærlighetens gudinne Afrodite og krigsguden Ares (av romerne kalt Mars). Sammen med krigsgudinnen Enyo og splidens gudinne Eris (søstre av Ares), deltok de i krigshandlinger sammen med Ares.
Fra overflaten på Mars fremstår bevegelsene til Phobos og Deimos svært forskjellig fra vår egen måne. Phobos stiger opp i vest, går ned i øst, og stiger opp igjen på kun 11 timer. Deimos, som bare såvidt er utenfor synkron bane – hvor omløpsperioden er lik planetens rotasjonsperiode – stiger som ventet i øst, men svært sakte. Til tross for 30 timers bane, tar det 2,7 dager å gå ned i vest ettersom de langsomt faller bak Mars' rotasjon, og så like lang tid for å stige igjen.
Fordi Phobos' bane er under synkron høyde, vil tidevannskreftene fra planeten Mars gradvis senke dens bane. Om ca. 50 millioner år vil den enten krasje med Mars eller brytes opp i en ringstruktur rundt planeten.
Opprinnelsen til månene er uklar. En utbredt teori er at de er asteroider fanget av Mars' gravitasjon, og dette støttes av deres lave albedo og sammensetningen av karbonholdig kondritt. Den ustabile banen til Phobos synes å peke mot en relativt nylig fangst, men begge har sirkulære baner, svært nær ekvator, noe som er svært uvanlig for fangede objekter og de nødvendige dynamikkene for å fange objekter er komplekse. Akkresjon tidlig i Mars' historie er også plausibelt, men ville ikke forklare en sammensetning som ligner asteroider snarere enn Mars selv, hvis det er bekreftet.
En tredje mulighet involverer et tredje legeme eller noen form for splittelse etter et nedslag. Nyere linjer med bevis for at Phobos har et svært porøst indre og antyder en sammensetning som hovedsakelig består av fyllosilikater og andre mineraler kjent fra Mars, peker mot en opprinnelse fra materialer kastet ut av et nedslag på Mars som reakkrerte i en marsbane, lik den rådende teorien for opprinnelsen til jordens måne. Mens VNIR-spektra av månene til Mars ligner asteroider i det ytre beltet, er det termiske infrarøde spektra av Phobos rapportert å være uforenlig med kondritter av noen klasse.

Liv

Den gjeldende forståelsen av planeters evne til å opprettholde liv, favoriserer planeter med flytende vann på overflaten. Dette krever som oftest at planeten ligger innenfor den beboelig sone, som for solen i dag strekker seg fra like utenfor Venus og omtrent til Mars' store halvakse. Under perihel befinner Mars seg innenfor denne regionen, men den tynne (lavtrykk) atmosfæren hindrer flytende vann fra å eksistere i store regioner over lengre perioder. Den siste strømmen av flytende vann demonstrerer imidlertid planetens potensial for beboelighet. Noen nyere bevis antyder at vannet på overflaten kan ha vært for salt og syrlig til å opprettholde vanlig jordisk liv.
Mangelen på en magnetosfære og den ekstremt tynne atmosfæren er en utfordring. Planeten har lite varmeoverføring over overflaten, dårlig beskyttelse mot bombardement fra solvinden og utilstrekkelig atmosfærisk trykk til å opprettholde flytende vann (vann sublimerer i stedet til  gassform). Mars er også nær, eller kanskje totalt, geologisk død; slutten på vulkansk aktivitet har tilsynelatende stoppet resirkulasjonen av kjemikalier og mineraler mellom overflaten og planetens indre.
Planeten var en gang betydelig mer beboelig, men om levende organismer har eksistert der er ukjent. Viking-sondene gjennomførte på midten av 1970-tallet eksperimenter for å oppdage mikroorganismer i jordsmonnet ved deres respektive landingssteder. De ga positive resultater, inkludert en midlertidig økning av CO₂-produksjon ved eksponering for vann og næringsstoffer. Livstegnet ble bestridet i etterkant og resulterte i en kontinuerlig debatt, hvor NASA-forsker Gilbert Levin hevdet at Viking kunne ha funnet liv. En senere analyse av dataene, i lys av moderne kunnskap om ekstremofile former for liv, har antydet at Viking-testene ikke var sofistikerte nok til å oppdage slike former for liv. Testene kan også ha drept en (hypotetisk) livsform. Tester utført av Phoenix Mars Lander har vist at jordsmonnet har en svært alkalisk pH og inneholder magnesium, natrium, kalium og klorid. Næringsstoffene i jorden kan støtte liv, men liv må også skjermes fra det ultrafiolette lyset.
Ved Lyndon B. Johnson Space Center ble det 6. august 1996 funnet figurer i meteoritten ALH 84001 som stammer fra Mars. Noen forskere antyder at de kan være forsteinede mikrober som ble sprengt ut i rommet av et meteornedslag og sendt ut på en 15 millioner år lang ferd mot jorden. En utelukkende uorganisk opprinnelse er også foreslått.
Små mengder med metan og formaldehyd som har blitt oppdaget av omløpssonder rundt Mars er begge hevdet å være hint om liv, ettersom disse kjemiske forbindelsene raskt brytes ned i atmosfæren. Det er mulig at disse stoffene i stedet kan fullstendiggjøres eksternt av vulkansk eller geologiske virkemiddel som serpentinisasjon.

Utforskning

Dusinvis av romsonder, inkludert banesonder, landingsfartøy og rovere, har blitt sendt til Mars av Sovjetunionen, USA, Europa og Japan for å studere planetens overflate, klima og geologi. Per 2008 har det kostet omtrent 309 000 dollar per kilo material som ble fraktet fra jordens overflate til Mars' overflate.
Aktive sonder per 2014 inkluderer Mars Reconnaissance Orbiter (siden 2006), Mars Express (siden 2003), Mars Odyssey (siden 2001), Opportunity (siden 2004) og Mars Science Laboratory (siden 2012). Mer nylig avsluttede oppdrag omfatter Mars Global Surveyor (1997–2006) og Spirit (2004–2010).
Omtrent to tredjedeler av alle romfartøyer med mål for Mars har sviktet før de har fullført eller  begynt på sine oppdrag. Den vanskelige perioden var slutten av det 20. århundre med tidlige pionerer og nybegynnere; i det 21. århundret er feil mindre vanlig. Mislykkede oppdrag tilskrives typisk tekniske problemer som tap av eller svikt i kommunikasjon eller designfeil, ofte på grunn av manglende finansiering eller manglende kompetanse for et gitt oppdrag. En satirisk motkultur skylder på et «Bermudatriangel» mellom jorden og Mars, en «Mars-forbannelse» eller en «stor galaktisk Ghoul» som livnærer seg på Mars-sonder. Noen av de nyeste mislykkede oppdragene inkluderer Beagle 2 (2003), Mars Climate Orbiter (1999), Mars 96 (1996) og Fobos-Grunt (2012).

Tidligere oppdrag

Den første vellykkede forbiflyvningen av Mars fant sted 14.–15. juli 1965 av NASAs Mariner 4. 14. november 1971 ble Mariner 9 den første romsonden til å gå i bane rundt en annen planet da den gikk inn i bane rundt Mars. De første objektene til å vellykket lande på overflaten var to sovjetiske sonder – Mars 2 den 27. november 1971 og Mars 3 den 2. desember samme år – men begge sluttet å kommunisere få sekunder etter landing. 
Oppskytningen av NASAs Viking-program i 1975 bestod av to banesonder, hver med et landingsfartøy; begge sondene landet vellykket i 1976. Viking 1 forble operativ på planeten i seks år, Viking 2 i tre år. Landingsfartøyene sendte panoramabilder av Mars i farger og banesondene kartla overflaten så godt at bildene fremdeles er i bruk.
De sovjetiske sondene Phobos 1 og 2 ble sendt til Mars i 1988 for å studere planeten og dens to måner. Phobos 1 mistet kontakten på vei til Mars. Phobos 2, som vellykket fotograferte Mars og Phobos, mislyktes like før den skulle sette ut to landingsfartøy på overflaten av Phobos. Etter at banesonden Mars Observer feilet i 1992, gikk NASAs Mars Global Surveyor inn i bane rundt Mars i 1997. Dette oppdraget var en suksess og fullførte det primære oppdraget med kartlegging tidlig i 2001. Kontakten med sonden ble brutt i 2006 under dens tredje utvidede program, etter nøyaktig ti operative år i verdensrommet. NASAs Pathfinder ,som brakte med seg roboten Sojourner, landet i Ares Vallis sommeren 1997 og returnerte mange bilder.
Landingsfartøyet Phoenix nådde den nordlige polarregionen 25. mai 2008. Robotarmen ble brukt til å grave i jordsmonnet og tilstedeværelsen av vann ble bekreftet 20. juni. Oppdraget ble avsluttet 10. november 2008 etter at kontakten ble brutt.
Romsonden Dawn fløy forbi Mars i februar 2009, og brukte planetens gravitasjon for å komme videre til 4 Vesta og deretter Ceres.
Det russisk-kinesiske oppdraget Fobos-Grunt var tiltenkt oppgaven å ta prøver av marsmånen Phobos. Den ble skutt opp fra Bajkonur kosmodrom 8. november 2011, men rakettene som skulle sende den videre feilet. Den endte opp med å sirkulere i lav jordbane og falt ned i Stillehavet 15. januar 2012.

Nåværende oppdrag

NASAs banesonde Mars Odyssey gikk inn i bane rundt Mars i 2001. Dens gammastrålingsspektrometer oppdaget betydelige mengder hydrogen i den øvre meteren i regolitten på Mars. Hydrogenet er antatt å ligge i store forekomster av is.
Den europeiske romfartsorganisasjons (ESA) oppdrag Mars Express nådde frem til Mars i 2003. Den hadde med seg landingsfartøyet Beagle 2 som startet nedstigningen til Mars-overflaten 25. desember 2003. Intet signal fra sonden ble mottatt, og Beagle 2 ble erklært tapt i februar 2004. Tidlig i 2004 kunngjorde forskerlaget bak Planetary Fourier Spectrometer at banesonden hadde oppdaget metan i atmosfæren. I juni 2006 kunngjorde ESA oppdagelsen av aurora polaris på Mars.
Den 4. januar 2004 landet NASA-tvillingene i Mars Exploration Rover-programmet, Spirit (MER-A) og Opportunity (MER-B), på Mars' overflate. Begge har oppnådd eller overgått sine mål, deriblant ved å returnere avgjørende bevis for at flytende vann på et eller annet tidspunkt har eksistert ved begge landingsstedene. Støvvirvler og vindstormer har av og til rengjort begge rovernes solpaneler og gitt roverne lengre levetid. Kommunikasjonen med Spirit opphørte den 22. mars 2010.
10. mars 2006 gikk NASAs sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) inn i bane for å utføre en to år lang vitenskapelig undersøkelse. Banesonden fortsetter imidlertid å kartlegge terrenget og været på Mars for å finne passende landingssteder for fremtidige landingsoppdrag. 3. mars 2008 fortalte vitenskapsmenn at MRO hadde tatt de første bildene av en serie aktive skred nær planetens nordpol.
Mars Science Laboratory, Curiosity, ble skutt opp den 26. november 2011 og landet på sletten Aeolis Palus i Gale-krateret den 6. august 2012 kl. 07.30 norsk tid. Den er et større og mer avansert versjon av Mars Exploration Rovers, med en bevegelseshastighet på 90 m/t. Eksperimentene inkluderer en laser som kan samle kjemiske prøver av stein på en avstand av 13 m.
Indian Space Research Organisation skjøt opp sonden Mangalyaan den 5. november 2013 fra  Andhra Pradesh ved å benytte en PSLV-C25. Sonden gikk i bane rundt jorden i omkring en måned, før den satte kursen mot Mars den 30. november 2013. Sonden ankom Mars 24. september 2014 og går i bane rundt planeten.
Banesonden Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) har til oppgave å studere Mars-atmosfæren. Oppdraget ble kunngjort i 2008. Blant målsettingene er å finne ut hvorfor atmosfæren og mengden med vann, som en gang antas å ha vært betydelig, har blitt så radikalt redusert over tid. Sonden ble skutt opp av NASA den 18. november 2013, og kom i bane rundt Mars den 22. september 2014.
NASAs romsonde InSight (akronym for Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) ble skutt opp 5. mai 2018 og landet i Elysium Planitia 26. november 2018. Sondens oppdrag er å undersøke det indre av Mars for å finne ut hvordan jordlignende planeter utvikler seg. Den benytter det samme designet som Phoenix-sonden som landet på Mars i 2008, men landet ved ekvator på Mars, og ikke ved en av polene slik Phoenix gjorde. Phoenix sendte vel 25 000 bilder og andre data tilbake til NASA.

Fremtidige oppdrag

I 2018 planlegger ESA å skyte opp sin første rover til Mars; ExoMars vil være istand til å kunne bore 2 m ned i jordsmonnet på jakt etter organiske molekyler.
Det finsk-russiske MetNet-oppdraget vil sette ned flere små kjøretøy på Mars og etablere et spredt observasjonsnettverk for å undersøke planetens atmosfæriske struktur, fysikk og meteorologi. Oppdraget er planlagt lansert i det neste oppskytningsvinduet, fra 2014.

Planer om bemannede oppdrag

ESA håper å kunne sette ned mennesker på Mars mellom 2030 og 2035. Dette vil innledes med suksessivt større sonder som starer med lanseringen av ExoMars-sonden og Mars Sample Return, et felles oppdrag mellom ESA og NASA
Bemannet utforskning ble av USA satt som et langsiktig mål i Vision for Space Exploration som ble annonsert i 2004 av president George W. Bush. Den planlagte romsonden Orion er planlagt brukt til en bemannet ekspedisjon til jordens måne i 2020 som et springbrett for en ekspedisjon til Mars. 28. september 2007 uttalte NASAs administrator Michael Griffin at NASA har som mål å sette en mann på Mars innen 2037.
Mars Direct, et rimelig bemannet oppdrag foreslått av Robert Zubrin, grunnleggeren av Mars Society, ville bruke tungtløftende raketter i Saturn V-klassen som Space X, Falcon X eller Ares V for å utelate banekonstruksjoner, møter i lav bane og drivstoffdepoter på månen. Et modifisert forslag, kalt «Mars to Stay», innebærer å ikke returnere de første immigrantene umiddelbart, om noensinne.

Historiske observasjoner

Mars som et vandrende objekt på nattehimmelen ble nedtegnet av de gamle egyptiske astronomene, og i året 1534 f.Kr. var de kjent med den retrograde bevegelsen til planeten. Under det nybabylonske rike (626–529 f.Kr.) foretok babylonske astronomer regulære nedtegnelser av planetenes posisjoner og systematiske observasjoner av deres adferd. De visste at planeten Mars foretok 37 synodiske perioder, eller 42 omløp i zodiaken, hvert 79. år. De skapte også aritmetiske metoder for å foreta mindre rettelser av planetenes forutsagte posisjoner.
I det fjerde århundre f.Kr. observerte Aristoteles at Mars forsvant bak Månen under en okkultasjon, som indikerte at planeten var lengre unna enn Månen. I det 2. århundre forsøkte Klaudios Ptolemaios, en gresk-romersk borger i Alexandria, å løse problemet med omløpsbevegelsene til Mars. Hans modell og hans samlede verker om astronomi ble presentert i flerbindsverket Almagest, som ble den autoritative avhandling om vestlig astronomi i de neste fjorten århundrene. Litteratur fra det gamle Kina viser at Mars ble kjent av kinesiske astronomer ikke senere enn det fjerde århundre f.Kr. I det femte århundre e.Kr. ble diameteren til Mars beregnet i den indiske astronomiske teksten Surya Siddhanta.
I det syttende århundre målte Tycho Brahe parallaksen til Mars, som Johannes Kepler senere benyttet til å lage en foreløpig kalkulasjon av den relative avstanden til planeten. Da teleskopet ble tilgjengelig, ble parallaksen til Mars enda en gang målt av Giovanni Domenico Cassini i 1672 i et forsøk på å bestemme avstanden mellom Solen og Jorden. Disse tidlige målingene var unøyaktige på grunn av kvaliteten på instrumentene. Den 13. oktober 1590 ble en okkultasjon av Mars av Venus observert av Michael Maestlin nær Heidelberg. I 1610 ble Mars observert av Galileo Galilei, som var den første til å se planeten via teleskop. Den første personen som tegnet et kart over Mars som viste deler av dens overflateformasjoner, var den nederlandske astronomen Christiaan Huygens.

Mars i populærkulturen

Mars har alltid fascinert menneskene. Den røde, ildfulle planeten på himmelen er mystisk og fengslende. Etter at Giovanni Schiaparelli i 1877 publiserte sin oppdagelse av kanalene på Mars, og senere kartla dem, begynte en å tenke seg mulighetene for livsformer der. Herbert George Wells utga i 1898 Klodenes kamp, hvor Marsboere prøvde å flykte fra deres døende planet ved å invadere jorden. Boken ga opphav til episoden The War of the Worlds i det amerikanske radiohørespillet The Mercury Theatre on the Air. Episoden ble sendt halloween den 30. oktober 1938 med regi av Orson Welles og beskrev en romskipslanding i Central Park, New York som direktesendt reportasje. Publikum var stort sett dårlig forberedt, og det ble kaos og panikkstemning i byen. Repriser har senere blitt behørig varslet både før og under sendingen.
Andre forfattere brukte planeten som arena for heltehistorier. De mest kjente er Ray Bradbury's The Martian Chronicles, hvor menneskelige utforskere ved et uhell ødelegger en Mars-sivilisasjon, Edgar Rice Burroughs' Den røde planet (Barsoom serien) med helten John Carter, C. S. Lewis' roman Reisen til Malacandra (Out of the Silent Planet, 1938, norsk utgave 1948 og 1975), og en rekke andre fortellinger av Robert A. Heinlein før midten av 1960-tallet. I Stranger in a Strange Land (1961) skildrer Heinlein marsboerne som kalde filosofer med uante mentale krefter grunnet sin overlegne verdensforståelse. Illustratører og tegneserieskapere fremstilte muskuløse helter som forsvarer vakre kvinner mot amøboide eller insektoide angrep.
I 19. kapittel av romanen Gullivers reiser (1726) omtalte den anglo-irske forfatteren Jonathan Swift de to månene til Mars, med en nøyaktig beskrivelse av deres omløp, 151 år før deres oppdagelse av Asaph Hall i 1877. Kanskje ble Swift inspirert av den tyske astronomen Johannes Kepler som i Harmonices Mundi («Verdens harmonier») fra 1619 helt korrekt hevdet at Mars hadde to måner, men med feil logikk: Ettersom jorden har en måne, og Jupiter hadde fire kjente (de galileiske måner), var det «logisk» at Mars hadde to. Swift kan ha påvirket Voltaire, som i novellen Micromégas (1750) omtalte de to månene til Mars.
Tegneseriefiguren Marvin the Martian kom på TV i 1948 i tegnefilmen Looney Tunes av Warner Brothers og har vært en del av populærkulturen frem til i dag.
Etterhvert som astronomiske fakta ble flere, skildret romanene ekspedisjoner, kravene for å leve sammen på en så lang reise, og hva som trengtes for å klare seg ellers. Problemet med lite vann ble tenkt løst ved å forflytte en eller flere vannholdige asteroider. Energi- og lys/varmebehovet ble tenkt løst ved å sette i gang en kjernefysisk reaksjon på en av månene som deretter vil kunne tjene som minisol. Et eksempel fra denne sjangeren, er Mars Trilogy av Kim Stanley Robinson. 
Noen forfattere ser muligheter for regimene på Jorden til å bruke planeten slik en i sin tid brukte Australia: Eksil for uønskede individer (Luna er tiltenkt lignende rolle hos noen forfattere). En marskoloni som kjemper for uavhengighet fra Jorden er temaet i novellene til Greg Bear, i filmen Total Recall (1990) som var basert på en novelle av Philip K. Dick og i TV-serien Babylon 5. Videospillene Red Faction (2001) og Zone of the Enders for PlayStation 2, Microsoft Windows og Macintosh, tar også opp disse temaene. Mars og dens to måner var også settingen i videospillene DOOM (1993) og Martian Gothic: Unification (2000).
Marsboere ble etterhvert sjeldnere, men fikk en renessanse i Robert A. Heinleins senere bøker. Number of The Beast (1980) skildrer marsboere fra et Barsoom-lignende parallellunivers.
De senere årene er det blitt merkbart færre romaner om planetene rundt Jorden. Fantasien har flyttet til reiser flere lysår vekk og planeter rundt andre soler.