Mars
Mars adalah planet terdekat keempat dari Matahari. Namanya diambil dari dewa perang Romawi, Mars. Planet ini sering dijuluki sebagai "planet merah" karena tampak dari jauh berwarna kemerah-kemerahan. Ini disebabkan oleh keberadaan besi(III) oksida di permukaan planet Mars. Mars adalah planet bebatuan dengan atmosfer yang tipis. Di permukaan Mars terdapat kawah, gunung berapi, lembah, gurun, dan tudung es. Periode rotasi dan siklus musim Mars mirip dengan Bumi. Di Mars berdiri Olympus Mons, gunung tertinggi di Tata Surya, dan Valles Marineris, lembah terbesar di Tata Surya. Selain itu, di belahan utara terdapat cekungan Borealis yang meliputi 40% permukaan Mars.
Lingkungan Mars lebih bersahabat bagi kehidupan dibandingkan keadaan Planet Venus. Namun begitu, keadaannya tidak cukup ideal untuk manusia. Suhu udara yang cukup rendah dan tekanan udara yang rendah, ditambah dengan komposisi udara yang sebagian besar karbondioksida, menyebabkan manusia harus menggunakan alat bantu pernapasan jika ingin tinggal di sana. Misi-misi ke planet merah ini, sampai penghujung abad ke-20, belum menemukan jejak kehidupan di sana, meskipun yang amat sederhana.
Planet ini memiliki 2 buah satelit, yaitu Phobos dan Deimos. Planet ini mengorbit selama 687 hari dalam mengelilingi Matahari. Planet ini juga berotasi. Kala rotasinya 25,62 jam.
Di planet Mars, terdapat sebuah kenampakan unik di daerah Cydonia Mensae. Kenampakan ini merupakan sebuah perbukitan yang bila dilihat dari atas tampak sebagai sebuah wajah manusia. Banyak orang yang menganggapnya sebagai sebuah bukti dari peradaban yang telah lama musnah di Mars, walaupun pada masa kini, telah terbukti bahwa kenampakan tersebut hanyalah sebuah kenampakan alam biasa.
Mars memiliki jari-jari sekitar setengah dari jari-jari Bumi. Planet ini kurang padat bila dibandingkan dengan Bumi, dan hanya mempunyai sekitar 15% volume dan 11% massa Bumi. Luas permukaannya lebih kecil dari jumlah wilayah kering di Bumi. Mars lebih besar daripada Merkurius, tetapi Merkurius lebih padat. Akibatnya kedua planet mempunyai tarikan gravitasi yang hampir mirip di permukaan—dan tarikan Mars lebih kuat sekitar kurang dari 1%. Ukuran, massa, dan gravitasi permukaan Mars berada "di antara" Bumi dan Bulan (diameter Bulan hanya setengah dari Mars, sementara Bumi dua kalinya; Bumi sembilan kali lebih besar dari Mars, dan Bulan satu per sembilannya). Kenampakan permukaan Mars yang merah-jingga diakibatkan oleh keberadaan besi(III) oksida, yang lebih dikenal dengan nama hematite.
Berdasarkan pengamatan orbit dan pemeriksaan terhadap kumpulan meteorit Mars, permukaan Mars terdiri dari basalt. Beberapa bukti menunjukkan bahwa sebagian permukaan Mars mempunyai silika yang lebih kaya daripada basalt biasa, dan mungkin mirip dengan batu-batu andesit di Bumi. Sebagian besar permukaan Mars dilapisi oleh debu besi(III) oksida yang memberinya kenampakan merah.
Saat ini Mars tidak mempunyai medan magnet global, namun hasil pengamatan menunjukkan bahwa sebagian kerak planet termagnetisasi, dan medan magnet global pernah ada pada masa lalu. Salah satu teori yang diumumkan pada tahun 1999 dan diperiksa ulang pada Oktober 2005 (dengan bantuan "Mars Global Surveyor") menunjukkan bahwa empat miliar tahun yang lalu, dinamo Mars berhenti berfungsi dan mengakibatkan medan magnetnya menghilang. Ada pula teori bahwa asteroid yang sangat besar pernah menghantam Mars dan mematikan medan magnetnya.
Inti Mars, yang jari-jarinya diperkirakan sebesar 1.480 km, terdiri dari besi dan 14–17% sulfur. Inti besi sulfida ini cair. Lapisan di atas inti Mars adalah mantel silikat yang membentuk banyak objek tektonik dan vulkanik di Mars, tetapi saat ini mantel tersebut sudah tidak aktif. Di atas lapisan mantel adalah kerak, yang ketebalan rata-ratanya sekitar 50 km, dan ketebalan maksimumnya 125 km.
Saat pembentukan Tata Surya, Mars terbentuk dari cakram protoplanet yang mengelilingi Matahari. Planet ini punya ciri kimia yang berbeda karena letaknya di Tata Surya. Unsur dengan titik didih yang rendah seperti klorin, fosfor, dan sulfur ada dalam jumlah yang lebih besar daripada di Bumi. Unsur-unsur tersebut kemungkinan dihalau dari daerah yang dekat dengan Matahari oleh angin surya muda yang kuat.
Setelah terbentuk, planet-planet melewati masa "Pembombardiran Berat Akhir". Bekas tubrukan dari masa tersebut dapat dilihat di 60% permukaan Mars. 40% permukaan Mars adalah bagian dari cekungan yang diakibatkan oleh tubrukan objek sebesar Pluto empat miliar tahun yang lalu. Cekungan di belahan utara Mars yang membentang sejauh 10.600 km ini kini dikenal dengan nama cekungan Borealis.
Sejarah geologi Mars dapat dibagi menjadi beberapa masa, tetapi berikut adalah tiga masa utama:
Aktivitas geologi masih berlangsung di Mars. Athabasca Valles merupakan tempat mengalirnya lava sejak 200 juta tahun yang lalu. Aliran air di graben Cerberus Fossae muncul sekitar 20 juta tahun yang lalu, yang merupakan tanda-tanda terjadinya intrusi vulkanik. Pada 19 Februari 2008, citra yang diabadikan oleh "Mars Reconnaissance Orbiter" menunjukkan bukti terjadinya longsor di tebing setinggi 700 m.
Berdasarkan data dari wahana "Phoenix", tanah Mars terdiri dari unsur seperti magnesium, sodium, potasium, dan klorida. Nutrien tersebut dapat ditemui di kebun Bumi dan penting dalam pertumbuhan tanaman. Percobaan yang dilakukan oleh wahana Phoenix menunjukkan bahwa tanah Mars punya pH sebesar 8,3, dan mengandung garam perklorat.
Cerat dapat ditemui di seluruh Mars. Seringkali cerat baru muncul di lereng curam kawah, palung, dan lembah. Cerat awalnya berwarna gelap, dan seiring berjalannya waktu, cerat menjadi semakin menjadi terang. Kadang-kadang cerat muncul dalam ukuran yang kecil, dan lalu melebar hingga ratusan meter. Cerat juga mengikuti tepi batuan. Berdasarkan teori yang banyak diterima, cerat merupakan lapisan tanah gelap di bawah yang muncul karena longsor atau badai debu. Ada pula penjelasan lain yang melibatkan air, dan bahkan pertumbuhan organisme.
Air tidak dapat bertahan di permukaan Mars karena tekanan atmosfernya yang rendah. Di ketinggian terendah, air masih dapat bertahan dalam waktu yang singkat. Dua tudung es di Mars diduga terdiri dari air. Jika dicairkan, volume air di tudung es kutub selatan mampu melapisi seluruh permukaan planet dengan kedalaman 11 meter. Lapisan "permafrost" terbentang dari kutub hingga lintang 60°.
Es air dalam jumlah besar diduga terperangkap di bawah lapisan kriosfer Mars. Data dari "Mars Express" dan "Mars Reconnaissance Orbiter" menunjukkan keberadaan es air yang besar di kedua kutub (Juli 2005) dan lintang tengah (November 2008). Wahana Phoenix secara langsung mengambil sampel es air di Mars pada 31 Juli 2008.
Dari kenampakan permukaan Mars dapat dilihat bahwa air pernah mengalir di permukaan planet tersebut. Saluran banjir besar yang disebut saluran aliran keluar ("outflow channel") dapat ditemui di 25 tempat, dan diduga merupakan tanda-tanda terjadinya erosi pada masa lepasnya air dari akuifer di bawah tanah, meskipun struktur tersebut juga diduga diakibatkan oleh glasier atau lava. Saluran termuda diduga terbentuk sekitar beberapa juta tahun yang lalu. Di tempat lain, terutama di wilayah tertua permukaan Mars, jaringan lembah yang bercabang menyebar di sepanjang bentang alam. Ciri dan persebaran lembah tersebut menunjukkan bahwa lembah tersebut dibentuk oleh limpasan permukaan yang diakibatkan oleh hujan atau salju pada awal sejarah Mars. Aliran di bawah permukaan dan proses pengikisan tanah dari lereng oleh air tanah yang ada di tepi sungai atau lereng bukit mungkin memainkan peran tambahan di beberapa jaringan, namun hujan kemungkinan merupakan penyebab utama.
Di Mars juga ada ribuan kenampakan di kawah dan dinding lembah yang mirip dengan parit. Parit tersebut biasanya ada di dataran tinggi belahan selatan. Sejumlah penulis menyatakan bahwa proses pembentukannya memerlukan air, kemungkinan dari es yang mencair, namun ada pula yang meyakini bahwa es karbon dioksida dan pergerakan debu kering-lah yang membentuknya. Parit-parit tersebut sangat muda, bahkan mungkin masih aktif hingga sekarang.
Ciri geologis lain, seperti delta dan kipas aluvial, digunakan sebagai dasar untuk mendukung gagasan bahwa Mars pada awalnya lebih hangat dan basah. Keadaan semacam itu memerlukan keberadaan banyak danau di permukaan, dan untuk itu ada bukti-bukti mineralogis, sedimentalogis, dan geomorfologis. Beberapa penulis bahkan menyatakan bahwa pada masa lalu sebagian besar dataran rendah di utara merupakan samudra, meskipun hal ini masih diperdebatkan.
Bukti lebih lanjut bahwa air pernah ada di permukaan Mars muncul dari penemuan beberapa mineral tertentu seperti hematit dan goetit, yang kadang-kadang terbentuk saat air ada. Beberapa bukti yang sebelumnya diyakini menunjukkan keberadaan cekungan dan aliran air kuno telah ditampik oleh penilikan beresolusi tinggi oleh Mars Reconnaissance Orbiter. Pada tahun 2004, "Opportunity" menemukan mineral jarosit. Mineral ini hanya terbentuk jika ada air berasam, yang menunjukkan bahwa air pernah ada di Mars.
Mars punya dua tudung es kutub permanen. Selama musim dingin di salah satu kutub, lapisan tersebut diselubungi oleh kegelapan, sehingga mendinginkan permukaan dan menyebabkan 25–30% atmosfer mengembun menjadi es CO (es kering). Saat Matahari kembali menyinari kutub, CO yang membeku menyublim, sehingga menghasilkan angin kencang yang menyapu wilayah kutub dengan kecepatan 400 km/jam. Peristiwa musiman tersebut mengangkut banyak debu dan uap air yang menghasilkan embun beku dan awan cirrus besar. Awan es-air dicitrakan oleh "Opportunity" pada tahun 2004.
Tudung es Mars terdiri dari es air. Karbon dioksida beku melapisinya dengan ketebalan satu meter di kutub utara pada musim dingin; sementara di kutub selatan, tudung es kering tersebut bersifat permanen dengan ketebalan delapan meter. Diameter tudung es kutub utara tercatat sekitar 1.000 kilometer selama musim panas, dan mengandung sekitar 1,6 juta km kubik es. Tudung es kutub selatan mempunyai diameter sekitar 350 km dan ketebalan 3 km. Total volume es di kutub selatan ditambah lapisannya diperkirakan juga sekitar 1,6 juta km kubik. Di kedua tudung es terdapat lembang-lembang, yang diduga terbentuk akibat pemanasan Matahari, ditambah dengan penyubliman es dan pengembunan uap air.
Pembekuan musiman di beberapa wilayah di dekat tudung es kutub selatan mengakibatkan pembentukan es kering transparan setebal 1 meter di atas permukaan. Begitu musim semi datang, tekanan dari penyubliman CO mengangkat dan memecahkan lapisan tersebut. Akibatnya, terjadi letusan gas CO yang bercampur dengan pasir atau debu basalt gelap. Proses ini berlangsung cepat dan tidak biasa dalam geologi Mars. Gas yang bergerak cepat di bawah lapisan ke tempat letusan menghasilkan pola saluran radial yang seperti laba-laba di bawah es.
Meskipun dikenang karena memetakan Bulan, Johann Heinrich Mädler dan Wilhelm Beer merupakan para "aerografer" pertama. Mereka merintis bahwa sebagian besar permukaan Mars bersifat permanen, dan menentukan periode rotasi planet. Pada tahun 1840, Mädler memadukan hasil pengamatannya selama sepuluh tahun dan menggambar peta pertama Mars. Daripada memberi nama, Beer dan Mädler menyebut beberapa tempat dengan huruf.
Saat ini, kenampakan-kenampakan di Mars dinamai dari berbagai sumber. Kenampakan albedo dinamai dari mitologi klasik. Nama kawah yang lebih besar dari 60 km berasal dari ilmuwan, penulis, dan tokoh lain yang membantu penelitian Mars. Kawah yang lebih kecil dari 60 km dinamai dari kota dan desa di dunia dengan jumlah penduduk lebih kecil dari 100.000. Lembah besar dinamai dari kata mars atau bintang dalam berbagai bahasa, sementara lembah kecil dari sungai-sungai.
Nama kenampakan albedo besar tetap dipertahankan, tetapi kadang-kadang diperbaharui untuk melambangkan pengetahuan baru tentang sifat kenampakan tersebut. Contohnya, "Nix Olympica" ("salju Olympus") diubah menjadi "Olympus Mons" ("Gunung Olympus"). Permukaan Mars seperti yang terlihat dari Bumi terbagi menjadi dua macam daerah, dengan albedo yang berbeda. Dataran pucat yang dilapisi debu dan pasir yang kaya akan besi oksida awalnya diduga sebagai 'benua' Mars dan diberi nama seperti Arabia Terra ("tanah Arabia") atau Amazonis Planitia ("dataran Amazonian"). Kenampakan gelap sebelumnya diduga sebagai laut, sehingga dinamai Mare Erythraeum, Mare Sirenum dan Aurorae Sinus. Kenampakan gelap terbesar yang dapat terlihat dari Bumi adalah Syrtis Major Planum. Tudung es kutub utara yang permanen dinamai Planum Boreum, sementara tudung es kutub selatan disebut Planum Australe.
Khatulistiwa Mars ditetapkan melalui rotasinya, namun letak meridian utamanya ditentukan dengan penetapan titik yang berubah-ubah seperti di Bumi; Mädler dan Beer memilih sebuah garis pada tahun 1830 untuk peta Mars pertama mereka. Setelah wahana Mariner 9 menyajikan citra Mars pada tahun 1972, kawah kecil (nantinya disebut Airy-0) yang terletak di Sinus Meridiani dipilih sebagai tempat bujur 0.0°.
Mars tidak punya samudra sehingga tidak ada 'permukaan laut'. Ketinggian nol harus ditentukan, dan ini disebut "areoid" Mars, yang sejalan dengan geoid. Ketinggian nol adalah ketinggian yang tekanan atmosfernya 610.5 Pa (6.105 mbar), atau sekitar 0,6% dari tekanan permukaan laut di Bumi (0.006 atm). Tekanan ini sesuai dengan titik tripel air. Praktiknya permukaan ditetapkan secara langsung melalui pengukuran gravitasi satelit.
Dikotomi topografi Mars cukuplah mengejutkan: dataran utara yang diratakan oleh aliran lava berkebalikan dengan dataran tinggi di selatan yang dipenuhi kawah akibat tubrukan pada masa lalu. Penelitian pada tahun 2008 telah menghasilkan bukti untuk postulat yang diusulkan pada tahun 1980 bahwa belahan utara Mars ditubruk oleh objek dengan ukuran 1/10 hingga 2/3nya Bulan. Jika ini benar, maka belahan utara Mars merupakan kawah tubrukan berukuran 10.600 x 8.500 km, menjadikannya kawah tubrukan terbesar di Tata Surya.
Di Mars terdapat sekitar 43.000 kawah dengan diameter 5 km atau lebih besar. Di antaranya yang terbesar adalah kawah Hellas, kenampakan albedo terang yang terlihat dari Bumi. Massa Mars lebih kecil, sehingga kemungkinan objek bertubrukan dengan planet tersebut sekitar setengahnya Bumi. Planet ini terletak lebih dekat dengan sabuk asteroid, sehingga kemungkinan ditubruk oleh benda dari tempat tersebut meningkat. Mars juga lebih mungkin ditubruk oleh komet berperiode kecil, seperti yang berada di orbit Yupiter. Meskipun begitu, ada lebih sedikit kawah di Mars daripada Bulan karena atmosfer Mars melindunginya dari meteor-meteor kecil. Beberapa kawah mempunyai morfologi yang menunjukkan bahwa tanah menjadi basah setelah meteor menubruk.
Gunung berapi perisai Olympus Mons ("Gunung Olympus") merupakan gunung tertinggi di Tata Surya. Ketinggiannya mencapai 27 km, atau tiga kali lipat tinggi Gunung Everest yang hanya sekitar 8,8 km. Gunung yang sudah tidak aktif ini terletak di wilayah Tharsis, yang juga merupakan tempat berdirinya beberapa gunung berapi besar lainnya.
Lembah besar Valles Marineris (dalam bahasa Latin berarti "Lembah Mariner", juga dikenal dengan nama Agathadaemon di peta kanal lama) memiliki panjang sekitar 4.000 km dan kedalaman hingga 7 km. Panjang Valles Marineris setara dengan panjang Eropa dan terbentang di 1/5 sirkumferensia Mars. Jika dibandingkan, Grand Canyon di Bumi panjangnya hanya 446 km dan kedalamannya hanya 2 km. Valles Marineris terbentuk akibat pembengkakan wilayah Tharsis yang menyebabkan runtuhnya kerak di wilayah Valles Marineris. Lembah besar lainnya adalah Ma'adim Vallis ("Ma'adim" dalam bahasa Ibrani berarti Mars). Lembah ini memiliki panjang sebesar 700 km, lebar 20 km, dan kedalaman 2 km di beberapa tempat. Kemungkinan Ma'adin Vallis pernah dialiri air pada masa lalu.
Citra dari "Thermal Emission Imaging System" ("THEMIS") di wahana Mars Odyssey telah menunjukkan tujuh pintu masuk gua di belakang gunung berapi Arsia Mons. Gua-gua tersebut, yang dinamai dari orang yang dicintai para penemunya, secara keseluruhan dijuluki "tujuh saudara perempuan." Lebar pintu masuk gua tersebut berkisar antara 100 hingga 252 m. Gua-gua itu diyakini memiliki kedalaman antara 73 hingga 96 m. Cahaya tidak mencapai dasar sebagian besar gua, sehingga kemungkinan gua-gua tersebut bisa lebih dalam lagi. Gua "Dena" merupakan pengecualian; dasarnya dapat dilihat dan kedalamannya tercatat 130 m. Bagian dalam gua tersebut mungkin terlindung dari mikrometeoroid, radiasi ultraviolet, semburan Matahari, dan partikel berenergi tinggi yang menghujani permukaan planet.
Mars kehilangan magnetosfernya 4 miliar tahun yang lalu, sehingga angin surya bisa berhubungan langsung dengan ionosfer, yang mengakibatkan penurunan kepadatan atmosfer dengan mengupas atom-atom dari lapisan luar. Dibandingkan dengan Bumi, atmosfer di Mars cukup tipis. Tekanan atmosfer di permukaan berkisar dari 30 Pa di Olympus Mons hingga lebih dari 1.155 Pa di Hellas Planitia, dengan rata-rata tekanan di permukaan 600 Pa. Tekanan permukaan di Mars pada saat terkuatnya sama dengan tekanan yang dapat ditemui di ketinggian 35 km di atas permukaan Bumi. Ketinggian skala atmosfer Mars diperkirakan sekitar 10.8 km, yang lebih tinggi dari Bumi (6 km) karena gravitasi permukaan Mars hanya 38% persen-nya Bumi.
Atmosfer Mars terdiri dari 95% karbon dioksida, 3% nitrogen, 1,6% argon, serta mengandung jejak oksigen dan air. Atmosfernya relatif berdebu dan mengandung partikulat berdiameter 1,5 µm yang memberikan kenampakan kuning kecoklatan di langit Mars saat dilihat dari permukaan.
Metana telah ditemukan di atmosfer Mars dengan fraksi mol sekitar 30 ppb. Hidrokarbon tersebut muncul dalam plume luas, dan dilepas di wilayah yang berlainan. Di utara pada pertengahan musim panas, plume utama mengandung 19.000 metrik ton metana, dengan kekuatan sumber sekitar 0,6 kilogram per detik. Kemungkinan terdapat dua sumber lokal: yang pertama terpusat di dekat 30° U, 260° B, dan yang kedua di dekat 0°, 310° B. Diperkirakan Mars menghasilkan 270 ton metana per tahun.
Rentang waktu kehancuran metana diperkirakan paling lama empat tahun Bumi dan paling pendek 0,6 tahun Bumi. Pergantian cepat ini merupakan tanda-tanda adanya sumber gas aktif di Mars. Aktivitas vulkanik, tubrukan komet, dan keberadaan bentuk kehidupan mikrobial metanogenik diduga merupakan penyebabnya. Metana dapat pula dihasilkan oleh proses non-biologis yang disebut "serpentinisasi" yang melibatkan air, karbon dioksida, dan mineral olivin.
Di antara semua planet di Tata Surya, Mars adalah planet yang musimnya paling mirip dengan Bumi. Hal ini diakibatkan oleh miripnya kemiringan sumbu kedua planet. Panjang musim di Mars itu sekitar dua kalinya Bumi karena jarak Mars yang lebih jauh dari Matahari, sehingga tahun di Mars lebih panjang (dua kalinya Bumi). Suhu permukaan Mars berkisar antara -87 °C pada musim dingin di kutub hingga -5 °C pada musim panas. Luasnya rentang suhu ini diakibatkan oleh ketidakmampuan atmosfer yang tipis untuk menyimpan panas Matahari, tekanan atmosfer yang rendah, dan inersia termal tanah Mars yang rendah.
Jika Mars punya orbit yang seperti Bumi, musimnya akan mirip dengan Bumi karena sumbu rotasinya mirip dengan Bumi. Eksentrisitas orbit Mars yang relatif besar memberikan pengaruh yang besar. Mars berada di dekat perihelion saat musim panas di belahan selatan dan dingin di utara, dan di dekat aphelion saat musim dingin di belahan selatan adn musim panas di utara. Akibatnya, musim di belahan selatan lebih ekstrem dan musim di utara lebih ringan. Suhu musim panas di selatan lebih hangat 30 °C daripada suhu musim panas di utara.
Di Mars juga terdapat badai debu terbesar di Tata Surya. Badai-badai tersebut dapat bervariasi, dari badai di wilayah kecil, hingga badai raksasa yang berkecamuk di seluruh planet. Badai tersebut biasanya terjadi saat Mars berada dekat dengan Matahari. Badai debu ini juga meningkatkan suhu global.
Rata-rata jarak Mars dari Matahari diperkirakan sekitar 230 juta km (1,5 SA) dan periode orbitalnya 687 hari (Bumi). Hari Matahari (atau sol) di Mars itu sekitar 24 jam, 39 menit, dan 35,244 detik. Tahun Mars sama dengan 1,8809 tahun Bumi, atau 1 tahun, 320 hari, dan 18,2 jam.
Kemiringan sumbu Mars itu sekitar 25,19 derajat, yang mirip dengan kemiringan sumbu Bumi. Akibatnya musim di Mars mirip dengan Bumi, meskipun lamanya dua kali lipat karena tahunnya lebih lama. Saat ini orientasi kutub utara Mars dekat dengan bintang Deneb. Mars telah melewati perihelionnya pada April 2009 dan aphelionnya Maret2010. Perihelion berikutnya dilewati pada Maret 2011 dan aphelion selanjutnya Februari 2012.
Mars punya eksentrisitas orbit sekitar 0,09; di antara tujuh planet lainnya di Tata Surya, hanya Merkurius yang menunjukkan eksentrisitas yang besar. Pada masa lalu Mars punya orbit yang lebih bundar daripada sekarang. Sekitar 1,35 juta tahun Bumi yang lalu, Mars punya eksentrisitas sekitar 0,002, yang lebih rendah dari Bumi. Siklus eksentrisitas Mars itu sekitar 96.000 tahun Bumi jika dibandingkan dengan siklus 100.000 tahun planet Bumi. Mars juga punya siklus eksentrisitas yang lebih panjang dengan periode 2,2 juta tahun Bumi. Selama 35.000 tahun terakhir orbit Mars menjadi semakin eksentrik karena pengaruh gravitasi planet lain. Jarak terdekat antara Bumi dan Mars akan terus berkurang selama 25.000 tahun berikutnya.
Mars punya dua satelit alami yang relatif kecil, yaitu Phobos dan Deimos. Penangkapan asteroid merupakan hipotesis yang didukung, namun asal usul satelit-satelit tersebut masih belum pasti. Kedua satelit ditemukan pada tahun 1877 oleh Asaph Hall, dan dinamai dari tokoh Phobos (panik/ketakutan) dan Deimos (teror) yang, dalam mitologi Yunani, menemani ayah mereka Ares dalam pertempuran. Ares juga dikenal sebagai Mars oleh orang Romawi.
Dari permukaan Mars, pergerakan Phobos dan Deimos tampak sangat berbeda dari Bulan di Bumi. Phobos terbit di barat, tenggelam di timur, dan terbit lagi dalam waktu 11 jam. Deimos, yang berada di luar orbit sinkron-yang membuat periode orbitalnya sama dengan periode rotasi planet-terbit di timur namun sangat pelan. Meskipun periode orbital Deimos itu 30 jam, satelit tersebut butuh 2,7 hari untuk tenggelam di Barat.
Orbit Phobos berada di bawah ketinggian sinkron, sehingga gaya pasang surut dari planet Mars secara bertahap merendahkan orbitnya. Dalam waktu 50 juta tahun satelit tersebut akan menabrak permukaan Mars atau pecah menjadi struktir cincin yang mengitari planet.
Asal usul kedua satelit tersebut tidak banyak diketahui. Albedo yang rendah dan komposisi kondrit karbon di kedua satelit tersebut dianggap mirip dengan asteroid, sehingga mendukung hipotesis penangkapan. Orbit Phobos yang tidak stabil menunjukkan penangkapan yang baru saja terjadi. Akan tetapi keduanya mempunyai orbit bundar dan sangat dekat dengan khatulistiwa; hal-hal tersebut tidak biasa untuk objek yang ditangkap dan dinamika penangkapan yang diperlukan untuk itu kompleks. Pertumbuhan pada awal sejarah Mars juga mungkin, namun hipotesis tersebut tidak menjelaskan komposisi yang lebih mirip dengan asteroid daripada Mars sendiri.
Kemungkinan ketiga adalah keterlibatan objek ketiga atau semacam tubrukan. Bukti terbaru menunjukkan Phobos mempunyai bagian dalam yang berpori. Selain itu, komposisinya terdiri dari filosilikat dan mineral lain yang diketahui berasal dari Mars. Bukti-bukti ini mendukung hipotesis bahwa Phobos terbentuk dari materi yang berasal dari tubrukan di Mars, yang mirip dengan hipotesis mengenai asal usul Bulan. Meski spektra VNIR satelit-satelit Mars mirip dengan asteroid, spektra inframerah termal Phobos dilaporkan tidak konsisten dengan kondrit dari kelompok manapun.
Berdasarkan pemahaman kelayakhunian planet, planet-planet yang punya air di permukaan merupakan planet yang layak huni. Untuk mencapai hal tersebut, orbit suatu planet harus berada di dalam zona layak huni. Di Tata Surya, zona tersebut terbentang dari setelah Venus hingga poros semi-mayor Mars. Selama perihelion Mars masuk ke wilayah ini, namun atmosfer tipisnya mencegah air bertahan untuk waktu yang lama. Bekas aliran air pada masa lalu menunjukkan potensi keterhunian Mars. Beberapa bukti terbaru memunculkan gagasan bahwa air di permukaan Mars akan terlalu berasam dan bergaram, sehingga sulit mendukung kehidupan.
Kurangnya magnetosfer dan tipisnya atmosfer Mars merupakan tantangan. Di permukaan planet ini tidak banyak terjadi pemindahan panas. Penyekatan terhadap angin surya rendah, sementara tekanan atmosfer Mars tidak cukup untuk mempertahankan air dalam bentuk cair. Planet ini juga hampir, atau bahkan sepenuhnya, mati secara geologis; berakhirnya kegiatan vulkanik menyebabkan berhentinya pendaurulangan bahan kimia dan mineral antara permukaan dengan bagian dalam planet.
Bukti menunjukkan bahwa planet ini dahulu lebih layak huni daripada sekarang, namun masih belum diketahui apakah organisme hidup pernah ada atau tidak. Wahana Viking pada pertengahan tahun 1970an membawa percobaan yang dirancang untuk menemukan mikroorganisme di tanah Mars. Percobaan tersebut membuahkan hasil yang positif, termasuk peningkatan sementara CO pada saat pemaparan dengan air dan nutrien.
Tanda-tanda kehidupan masih dipertentangkan oleh beberapa ilmuwan. Ilmuwan NASA Gilbert Levin menegaskan bahwa Viking telah menemukan kehidupan. Analisis ulang data Viking telah menunjukkan bahwa percobaan Viking tidak cukup mutakhir untuk menemukan kehidupan. Percobaan tersebut bahkan bisa membunuh kehidupan. Percobaan yang dilakukan oleh wahana Phoenix menunjukkan bahwa tanah Mars punya pH yang sangat basa, serta mengandung magnesium, sodium, potasium, dan klorida. Nutrien tanah bisa mendukung kehidupan, namun kehidupan masih harus dilindungi dari sinar ultraviolet.
Di laboratorium Johnson Space Center, bentuk-bentuk yang luar biasa telah ditemukan di meteorit Mars ALH84001. Beberapa ilmuwan mengusulkan bahwa bentuk geometrik tersebut mungkin merupakan mikroba Mars yang telah terfosilisasi sebelum meteorit itu terlempar ke angkasa akibat tubrukan meteor 15 juta tahun yang lalu. Asal usul anorganik bentuk-bentuk tersebut juga telah diusulkan.
Metana dan formaldehida yang baru saja ditemukan oleh pengorbit Mars diklaim sebagai tanda-tanda kehidupan, karena senyawa kimia tersebut akan segera hilang di atmosfer Mars. Ada kemungkinan bahwa senyawa tersebut dihasilkan oleh aktivitas vulkanis dan geologis, seperti serpentinisasi.
Lusinan wahana antariksa telah dikirim ke Mars oleh Uni Soviet, Amerika Serikat, beberapa negara Eropa, dan Jepang, dengan tujuan untuk meneliti permukaan, iklim, dan geologi planet itu. Pada tahun 2008, biaya pengiriman barang dari permukaan Bumi ke Mars diperkirakan sebesar $309.000 per kilogram.
Wahana yang saat ini sedang aktif di Mars (2011) adalah "Mars Reconnaissance Orbiter" (sejak 2006), "Mars Express" (sejak 2003), "Mars Odyssey 2001" (sejak 2001), "Opportunity" (sejak 2004), dan "Curiosity" (sejak 2012). Misi yang baru saja selesai adalah "Mars Global Surveyor" (1997–2006) dan "Spirit" (2004–2010).
Kira-kira 2/3 wahana angkasa yang ditujukan ke Mars telah gagal dalam misinya. Pada abad ke-21 kegagalan lebih jarang terjadi. Kegagalan misi biasanya diakibatkan oleh masalah teknis, seperti kegagalan atau kehilangan komunikasi atau kesalahan rancangan, yang seringkali diakibatkan oleh kurangnya pendanaan atau ketidakcakapan pelaksana misi. Kegagalan tersebut telah menyebabkan munculnya satir yang menyalahkan "Segitiga Bermuda" di antara Bumi-Mars, "Kutukan" Mars, atau "Setan Galaktik Raksasa" ("Great Galactic Ghoul") yang memakan wahana antariksa Mars. Misi-misi yang baru saja gagal contohnya adalah "Beagle 2" (2003), "Mars Climate Orbiter" (1999), dan "Mars 96" (1996).
Mars pertama kali dikitari pada 14-15 Juli 1965 oleh wahana Mariner 4. Pada 14 November 1971, "Mariner 9" menjadi pesawat angkasa pertama yang mengorbit planet lain. Objek pertama yang berhasil mendarat di permukaan Mars adalah dua wahana "Soviet: Mars 2" pada 27 November dan Mars 3 pada 2 Desember 1971, namun keduanya kehilangan komunikasi setelah mendarat. Pada tahun 1975 NASA meluncurkan program Viking yang terdiri dari dua pengorbit, dan masing-masing punya pendarat; kedua pendarat berhasil mencapai permukaan pada tahun 1976. Viking 1 tetap beroperasi selama enam tahun, sementara "Viking 2" selama tiga tahun. Pendarat Viking mengirimkan citra Mars yang berwarna, dan pengorbit memetakan permukaan dengan sangat baik hingga gambarnya masih digunakan hingga sekarang.
Wahana Soviet Phobos 1 dan 2 dikirim ke Mars pada tahun 1988 untuk meneliti Mars dan kedua bulannya. Phobos 1 kehilangan komunikasi dalam perjalanan ke Mars. Phobos 2 berhasil mencitrakan Mars dan Phobos, namun mengalami kegagalan saat akan melepas dua pendaratnya ke permukaan Phobos.
Setelah kegagalan pengorbit "Mars Observer" pada tahun 1992, misi "Mars Global Surveyor" berhasil mencapai orbit Mars pada tahun 1997. Misi ini berhasil dan telah menyelesaikan misi pemetaan utamanya pada awal 2001. NASA kehilangan kontak dengan wahana tersebut pada November 2006 pada saat program ketiganya yang diperpanjang. "Mars Pathfinder", yang mengangkut kendaraan penjelajah robotik "Sojourner", mendarat di Ares Vallis pada musim panas tahun 1997 dan mengirim kembali banyak citra.
Wahana pendarat "Phoenix" tiba di wilayah kutub utara Mars pada 25 Mei 2008. Lengan robotiknya digunakan untuk menggali tanah Mars dan keberadaan es air telah dipastikan pada 20 Juni. Misi ditutup pada 10 November 2008 setelah kehilangan kontak.
Pengorbit "Mars Odyssey" milik NASA memasuki orbit Mars pada tahun 2001. Spektrometer Sinar Gamma Odyssey menemukan hidrogen yang diduga terkandung di es air Mars.
Misi "Mars Express" yang diluncurkan "European Space Agency" (ESA) mencapai Mars pada tahun 2003. Wahana tersebut membawa pendarat "Beagle 2", yang mengalami kegagalan saat penurunan dan dinyatakan hilang pada Februari 2004. Pada awal tahun 2004, tim "Planetary Fourier Spectrometer" mengumumkan bahwa pengorbit telah menemukan metana di atmosfer Mars. ESA mengumumkan penemuan aurora di Mars pada Juni 2006.
Pada Januari, 2004, dua wahana penjelajah NASA, yaitu "Spirit" (MER-A) dan "Opportunity" (MER-B), mendarat di permukaan Mars. Keduanya telah mencapai atau melebihi tujuan misi mereka. Salah satu penemuan ilmiah yang paling penting adalah bukti keberadaan air pada masa lalu di tempat mendarat kedua wahana tersebut. Badai debu dan angin telah membersihkan panel surya kedua wahana, sehingga lama hidup mereka bertambah.
Pesawat angkasa "Mars Reconnaissance Orbiter" milik NASA tiba di orbit Mars pada 10 Maret 2006 untuk melakukan penelitian ilmiah selama dua tahun. Pengorbit tersebut akan memetakan daratan dan cuaca Mars dengan tujuan untuk menemukan tempat pendaratan yang layak bagi misi pendarat berikutnya. MRO berhasil mencitrakan longsor di kutub utara Mars pada 3 Maret 2008.
Pesawat angkasa Dawn terbang melewati Mars pada Februari 2009 untuk mendapat bantuan gravitasi dalam perjalanannya menuju 4 Vesta dan 1 Ceres.
Misi gabungan Rusia-Cina, yaitu Phobos-Grunt, telah diluncurkan pada 9 November 2011 dengan tujuan mengambil contoh di Phobos. Namun, misi ini gagal karena pembakaran roketnya mengalami kegagalan, sehingga Phobos-Grunt terdampar di orbit rendah Bumi.
Misi NASA "Rover Curiosity" berhasil mendarat di Mars. Rover Curiosity memijak kaki di Planet Mars setelah roket bertenaga menurunkan lift sistem pendaratan. Mars Science Laboratory seharga US$2,5 miliar berwujud rover 6x6 seukuran mobil berhasil mendarat di Planet Mars 3:32pm AEST yang diiringi sorak-sorai di Spaceflight Operations Facility di California.
Pada 18 November 2008, misi robotik MAVEN berhasil diluncurkan oleh NASA dengan menggunakan roket Atlas V 401. Wahana ini diperkirakan akan memasuki orbit Mars pada September 2014.
Misi Finlandia-Rusia, MetNet, akan mendaratkan beberapa kendaraan kecil di Mars untuk mendirikan jaringan pengamatan yang hendak meneliti struktur atmosfer, fisika, dan meteorologi Mars. Misi pendahulu yang menggunakan satu atau beberapa pendarat dijadwalkan diluncurkan pada tahun 2014.
ESA ingin mengirim manusia ke Mars antara tahun 2030 hingga 2035. Ini akan didahului oleh wahana-wahana yang lebih besar, yang dimulai dengan peluncuran ExoMars dan misi gabungan NASA-ESA untuk mengambil contoh.
Penjelajahan berawak merupakan tujuan jangka panjang visi penjelajahan angkasa Amerika Serikat yang diumumkan pada tahun 2004 oleh Presiden George W. Bush. Pesawat angkasa "Orion" akan digunakan untuk mengirim manusia ke Bulan pada tahun 2020 sebagai batu loncatan untuk ekspedisi Mars. Pada 28 September 2007, Michael D. Griffin menyatakan bahwa NASA berharap dapat mengirim manusia ke Mars pada tahun 2037.
Mars Direct, misi berbiaya rendah yang diusulkan oleh Robert Zubrin (pendiri "Mars Society"), akan menggunakan roket kelas Saturn V seperti Space X Falcon X, atau Ares V, untuk melewati pembangunan orbital, pertemuan di orbit rendah Bumi, dan depot bahan bakar Bulan. Sementara itu proposal "Mars to Stay" mengusulkan untuk tidak langsung memulangkan astronot pertama.
Dengan adanya berbagai wahana pengorbit, pendarat, dan penjelajah, kita dapat mempelajari astronomi dari langit Mars. Meskipun Pohobs tampak seperti 1/3nya diameter sudut Bulan purnama di Bumi, Deimos terlihat seperti bintang, dan hanya sedikit lebih cerah dari Venus yang tampak dari langit Bumi.
Ada juga beberapa fenomena terkenal di Bumi yang juga ada di Mars, seperti meteor dan aurora. Transit Bumi akan terjadi pada 10 November 2084. Transit Merkurius dan Venus juga berlangsung.
Karena orbit Mars bersifat eksentrik, magnitudo tampaknya dapat beragam antara −3,0 hingga −1,4. Kecerahan minimumnya tercatat sebesar +1,6. Mars biasanya tampak kuning, jingga, atau kemerahan. Saat posisinya kurang tepat, Mars tidak akan terlihat karena tertutup oleh kesilauan Matahari. Saat waktu pengamatannya sedang bagus – yaitu pada interval 15 atau 17 tahun, dan selalu antara akhir Juli hingga akhir September – permukaan Mars dapat terlihat. Bahkan tudung es kutubnya dapat terlihat meskipun pembesaran teleskopnya rendah.
Saat Mars mendekati oposisi, periode gerak maju mundur dimulai. Planet ini akan tampak bergerak ke arah sebaliknya. Periode ini berlangsung selama 72 hari, dan pada pertengahan gerak ini, Mars akan mencapai kecerahan maksimumnya.
Pada periode oposisi, Mars berada di jarak terdekat relatifnya dengan Bumi. Jarak tersebut beragam antara 54 hingga 103 juta km karena orbit Mars yang elips. Oposisi Mars terakhir terjadi pada 29 Januari 2010, dan akan berlangsung lagi pada 3 Maret 2012 di jarak 100 juta km. Rata-rata waktu antara oposisi-oposisi Mars (periode sinodik) adalah 780 hari.
Pada tanggal 27 Agustus 2003 pukul 9:51:13 UT, Mars berada di posisi terdekatnya dengan Bumi, yaitu 55.758.006 km (0,372719 SA). Saat itu Mars sedang berada satu hari dari oposisinya dan tiga hari dari perihelionnya. Peristiwa tersebut sebelumnya diperkirakan pernah terjadi pada 12 September 57.617 SM, dan selanjutnya akan berlangsung pada tahun 2287. Posisi ini hanya sedikit lebih dekat daripada posisi terdekat lainnya. Contohnya, jarak terdekat pada 22 Agustus 1924 tercatat sebesar 0,37285 SA, dan jarak terdekat pada 24 Agustus 2208 diperkirakan sebesar 0,37279 SA.
Di dunia maya, sebuah surel yang menyatakan bahwa Mars akan berada di posisi terdekatnya dan tampak sebesar Bulan telah menyebar. Surel tersebut hanyalah hoax.
Keberadaan Mars di langit malam telah dicatat oleh astronom Mesir. Pada tahun 1534 SM, mereka telah memahami gerak maju mundur planet tersebut. Sementara itu astronom Babilonia telah mencatat posisi dan perilaku planet Mars. Pada abad ke-4 SM, Aristoteles mencatat bahwa Mars menghilang di belakang Bulan, sehingga menunjukkan bahwa planet tersebut lebih jauh. Sastra dari Cina Kuno memastikan bahwa Mars telah dikenal oleh astronom Cina sejak abad ke-4 SM. Pada abad ke-5 SM, teks astronomis India "Surya Siddhanta" memperkirakan diameter Mars.
Selama abad ke-17, Tycho Brahe mengukur paralaks diurnal Mars, yang selanjutnya digunakan Johannes Kepler untuk menghitung jarak relatif ke planet tersebut. Saat teleskop sudah ada, paralaks diurnal Mars diukur kembali untuk menentukan jarak Matahari-Bumi. Hal tersebut pertama kali dilakukan oleh Giovanni Domenico Cassini pada tahun 1672. Pengukuran paralaks awal terhambat oleh kualitas alat pengukuran. Pada tahun 1610, Mars diamati oleh Galileo Galilei, yang merupakan orang pertama yang melihatnya lewat teleskop. Tokoh pertama yang menggambar peta Mars adalah astronom Belanda Christiaan Huygens.
Planet ini dinamai dari dewa perang Romawi, "Mars". Di peradaban lain, Mars merupakan lambang kejantanan dan kemudaan. Lambang Mars juga digunakan sebagai lambang gender pria.
Pada tahun 1877, astronom Italia Giovanni Schiaparelli menggunakan teleskop sepanjang 22 cm untuk membuat peta detail Mars pertama. Di peta tersebut terdapat kenampakan yang disebutnya "canali". "Canali" adalah garis panjang di permukaan Mars. Istilah tersebut, yang berarti "saluran", seringkali disalahterjemahkan menjadi "kanal". Percival Lowell terpengaruh oleh pengamatan tersebut dan menerbitkan beberapa buku mengenai Mars dan kehidupannya. Ia menulis bahwa "kanal" tersebut dibangun oleh peradaban yang berusaha mengalirkan air dari tudung es di kutub. Akibatnya, gagasan bahwa Mars dihuni oleh peradaban yang cerdas pun menyebar luas.
Saat ini, pemetaan beresolusi tinggi tidak menunjukkan tanda-tanda keberadaan kehidupan cerdas di permukaan Mars. "Canali" yang diamati pun terbukti hanya ilusi optik. Akan tetapi, spekulasi mengenai kehidupan cerdas di Mars terus berlanjut. Pada tahun 1898, H. G. Wells menulis novel "The War of the Worlds", yang berkisah mengenai bangsa Mars yang berupaya melarikan diri dari planet mereka yang mati dengan menyerang Bumi. Adaptasi radionya dengan judul yang sama disiarkan pada tanggal 30 Oktober 1938 oleh Orson Welles, yang menimbulkan kepanikan karena banyak pendengar yang mengira itu sungguhan.
Contoh karya terkenal lainnya adalah "The Martian Chronicles" yang ditulis oleh Ray Bradbury. Novel tersebut bekisah mengenai pengelana manusia yang tanpa sengaja menghancurkan peradaban Mars. Selain itu, ada juga seri "Barsoom" karya Edgar Rice Burroughs, "Out of the Silent Planet" (1938) oleh C. S. Lewis, dan kisah-kisah yang ditulis Robert A. Heinlein sebelum pertengahan tahun 1960-an.
Pengarang Jonathan Swift telah menyebut bulan-bulan Mars sekitar 150 tahun sebelum bulan-bulan itu ditemukan oleh Asaph Hall. Ia mendeskripsikan orbit bulan-bulan tersebut dengan cukup akurat dalam novelnya "Gulliver's Travels".
Setelah program Mariner dan Viking menunjukkan citra Mars yang kering dan tanpa kehidupan, spekulasi-spekulasi awal mulai ditinggalkan. Karya yang menggambarkan Mars secara nyata dan akurat pun berkembang. Di antaranya yang paling terkenal adalah trilogi "Mars" karya Kim Stanley Robinson.
Tema koloni Mars yang memperjuangkan kemerdekaannya merupakan plot utama dalam novel karya Greg Bear, dan juga film "Total Recall" serta serial televisi "Babylon 5". Beberapa permainan video juga memakai elemen tersebut, seperti "Red Faction" dan "Zone of the Enders".