随着空间技术的发展，人们利用空间探测器来对天体进行考察。从1964年到1977年，美国陆续对火星发射了“水手号”和“海盗号”两个系列共8个探测器，其中特别是1971年11月，“水手9号”对火星表面的大部分区域照了相，从而使人们对火星的表面有了比较完整、清晰的认识。1976年7月和9月，“海盗1号”和“海盗2号”先后在火星表面软着陆，它们给火星表面精细照相，采掘土壤样品，搜寻有没有有机分子，特别是为探索火星上是否有生命进行了直接生物学化验。同时，前苏联也发射了一系列命名为“火星”的空间探测器，研究火星和它周围的空间。所以这些探测器，给我们带来许多关于火星的新知识，大大丰富了人们对火星的认识。
火星表面有明有暗，明亮的区域，约占火星总面积的75％，人们把那里叫做火星的“大陆”或“沙漠”沙漠部分被红色的硅酸盐、铁的氧化物和其它金属的化合物覆盖着，所以呈现出红色，火星也就成为太空中的“红色国土”了。比较暗的区域称为“海”、“海湾”、“湖”等等。这些“海”、“湖”同月球上的“海”、“洋”一样，名不副实，里面一滴水也没有。
火星的地形比较复杂。南半球分布着很多环形山，几乎可以跟月球相比；北半球的环形山比较少，相当平整。火星上最大最古老的环形山叫“奥林匹斯山”，直径600千米，中央峰顶要比周围平地高出26千米，是地球上最高峰的2.8倍，也是人类已知的最大火山。火星上有已经停止活动的死火山，还可能有正在喷发的活火山。北半球有许多火山的熔岩，分布达几百千米，有些火山区有深陷的悬崖和裂纹。“海盗2号”上的地震仪还曾经记录到一次火星上发生的地震——“火震”，震级约为3级。火星上的火震要比月球上的月震频繁一些，但远远没有地球上的地震那么经常和强烈。
火星是个荒凉死寂的世界，别说没有活蹦乱跳的动物，就连苔藓一样的低等植物也杳无踪影。在地球上看到的那随着季节而变化的暗区，原来是火星上经常发生的“尘暴”。大风一起，飞沙走石，大量的尘埃被风卷起来，带到各个地方，往往一刮就是几个月。
“水手9号”也发现了一个令人惊异的事实；火星表面不存在液态水，却有着很长很宽的干涸河床，最大的约1500千米长，60多千米宽!大小干涸河床竟有几千条!
河床是水流的产物，这干涸的河床告诉人们：火星在历史上一定有过一个温暖多雨的时期。如果是这样，我们就可以设想：那时候，火星上蓝天白云、气候宜人、河水奔流、生气勃勃。后来，在漫长无情的岁月中，也许由于火星倾斜角度的变化，或者由于别的什么原因，火星表面变冷了，干燥了，一部分水分解为氢和氧逃离火星，一部分水则渐渐凝聚到火星表面，并且渗到地壳之中。结果，生机繁荣的火星也就慢慢地变成了一个荒凉的世界。
如果这个设想是正确的，那么火星上就应当有生命的遗迹，或者有能够适应火星现在环境的低级生命形式存在。有人在地球上布置了一个模拟火星环境的实验室，把大气成分、温度等条件弄得完全和火星上一样，实验证明，某些苔藓类植物和微生物是能够在这样的条件下生存的。
但是到现在，人类还没有得到火星上有生命和有生命遗迹的任何消息。恰恰相反，从“海盗1号”和“海盗2号”在火星表面采掘的土壤样品和进行的生物学化验看来，火星上是没有生命的，既没有最简单的微生物，也没有生命基础的有机分子。
当然，最后结论还没有得出，因为火星大着呢，那一点土壤样品不过是沧海一粟。也许在火星的其它地方，也许在深入几米的地下，隐藏着的生命在悄悄地生息繁殖哩!
每当半夜火星从东方升起的时候，它那红色的光辉好似远方的火炬，很引人注意。我国古代称它为“荧惑”。古代罗马把火星特有的红色理解为血红色，并用战神玛尔斯的名字来称呼它。
由于人们非常熟悉地球上的环境，在观测火星的过程中，有的观测者就很自然地联想到火星在许多方面都与地球很相似，有可能存在“火星人”。这些相似之处主要表现在：
地球自转1周需要23小时56分钟，火星是24小时37分钟，火星与地球的昼夜长短差不多。
地球的自转轴和它的轨道平面交角为66°33′，火星是66°48′，所以火星与地球一样也有四季的变化。所不同的是火星的1年(绕太阳1周)比地球的1年长近1倍。这样，火星上的每个季节也比地球上的每个季节差不多长1倍。而且，从望远镜中看火星，随着季节的更替，火星的表面也有颜色的变化。
地球的两极覆盖着冰雪，火星上也有白色的极冠。从望远镜中可以看见，在火星上当春天来临的时候，极冠逐渐缩小，在极冠外围暗的区域变得更暗，并渐渐向赤道移动。在秋天以后，极冠又慢慢地变大，暗区又变淡了。
正由于火星与地球有不少相似之处，就使火星成为1颗诱人的行星，人们对火星上的情景产生了各种猜想，有的说火星上的“运河”，是具有高度智慧的和文化的“火星人”开凿的。曾有一度“火星人”成了文艺作品的重要幻想题材。有的人甚至要去寻找“火星人”。
对火星上是否有“运河”和“火星人”的争论，一直没有解决。就以火星上有没有“运河”来说，在20世纪以前，人们绘制的火星图，一般都是在望远镜前用目视的方法绘出的。这种绘制方法不但视觉上的差别难以避免，更难避免绘图者的主观倾向性。到1905～1907年期间，美国天文学家洛威尔(1855～1916年)与普兰德、斯里弗尔合作，拍摄了火星照片，但可惜的是这些照片非常模糊，无法辨别火星上是否有“运河”。到1909年，正当火星冲日的最好时机，不少天文台拍下了很美丽的火星照片，但火星上的“运河”问题仍然解决不了。
随着空间技术的不断发展，人们为了揭开火星的秘密便发射行星际探测器飞向火星。在1964～1977年，美国发射了“水手”号和“海盗”号8个探测器。1964年11月发射的“水手4号”行星际测探器，在飞近火星时拍了火星的照片，从照片上可以清楚地看到火星表面有大大小小的环形山，它比地球上天文望远镜的识别本领强多了。地球上的天文望远镜只能识别出60千米以上的地方，而“水手4号”探测器可以识别出直径有5～12千米的环形山。1971年11月，“水手9号”对火星的全部表面进行了高分辨率的照相，发现火星上有巨大的火山、峡谷和宽阔的河床。为了探索火星上是否有生命，在1976年7月和9月，“海盗”1号和2号先后来到火星。与此同时，前苏联也发射子“火星”号探测器，研究火星及其周围的空间。通过美国租前苏联发射的行星际探测器，对火星进行了大量探测，再经过科学家们的分析研究，使人们对火星有了进一步的认识。
火星是一颗红色的星球，在它的南极和北极覆盖着两个白色的极冠。由于白色的极冠点缀在红色的星球上，更增加了火星的美丽色彩。火星比地球小，它的赤道半径为3395千米，相当于地球的15％。火星的质量是地球的10.8％。而且，火星是在一个偏心率较大的椭圆的轨道上绕太阳公转，所以火星有时离太阳近，有时离太阳远，它的近日距和远日距相差4200万千米。
火星的周围有一层大气，但非常稀薄，它的主要成分是二氧化碳，占总量的96％，也有不少量的氩、氮等气体。水汽是很少的。据美国“海盗1号”的直接测定，火星表面的大气压力为7.5毫巴，相当于地球上30～40千米高度处的大气压。在大气中也与地球一样飘着云，云的主要成分是二氧化碳和水。在火星极区的冬季，天空有像浓雾那样的干冰(固体二氧化碳)云。
火星上有时会发生尘暴，看上去就像一种黄色的云，它是低层大气中卷着尘粒的风所构成的。大的尘暴多半发生在南半球的春末。当火星靠近近日点的时候，尘暴的发源地处在太阳直射的纬度线上，而且经常发生在海腊斯盆地以西几百千米的诺阿奇斯地区。在尘暴发生的最初几天，中心尘云慢慢扩展，以后便很快蔓延开来，在几个星期里就完全覆盖了南半球。如果尘暴特别大，还能扩展到北半球，甚至笼罩住整个火星。这时，火星上的温度差减小，风才渐渐平息下来。尘粒也慢慢地在沉降，但尘粒沉降得很慢，至少需要几个星期。有时一次激烈的尘暴，能持续几个月之久。在火星上，几乎每年都要发生一次这样的尘暴。在1971年11月，当美国的“水手9号”探测器到达火星时，正遇上火星的尘暴，而且尘暴笼罩住整个火星表面。这次尘暴从1971年9月23日起，一直持续到第二年1月初才平息下来。但是，为什么每次尘暴都发生在火星位于近日点的时候呢?科学家们还在深入地研究和探讨。人们猜测，这可能是由于在近日点时火星上温度上升得快，使大气对流也来不及把热量散开去，这就造成了大气的扰动，引起了飓风，就把尘埃刮起来，从而形成了尘暴。
在平时，火星的大气清澈，便于观测。火星表面有明有暗，明亮而呈桔黄色的区域，约占火星总面积的83％，称为火星的“大陆”或沙漠区域。暗的区域称为“海洋”，其颜色常常随季节的变化而变化。有人认为这是火星表面较为潮湿的地带。
通过对火星的探测，发现火星的表面被一个大约同赤道倾斜成30°的大圆分开，形成了南北两个截然不同的半球。南半球的表面崎岖不平，密布着环形山，其中最大的一个是海腊斯盆地，它的直径有1600千米，深度至少有4千米。这些环形山，可能是早期形成的，所以在南半球就保留了古老的地表。而北半球与南半球不同，它表面较为平坦，以火山熔岩平原为特征，其中点缀着一些死火山。看来死火山口过去曾是熔岩的出口，由于熔岩顺着火山侧面流下，就形成了以火山口为中心向四方延伸的辐射状地形。火山熔岩的分布面积，广达数百千米。北半球的环形山，要比南半球少，地势也普遍比南半球低。在火星表面位于赤道地区的峡谷，是很引人注目的。最大的一个是赤道以南的“水手谷”，在赤道地区延伸5000多千米，比周围的地面要低6千米。一般说来，谷壁是很陡峭的，可以看出崩塌和陷落的痕迹。
火星的表面还有不少干河床，主要的一些大河床也分布在赤道地区，其中最长的有1500千米，宽达200千米。大河床和它的支流形成脉络清楚的水道系统。在干河床中还可以找到泪滴形的小岛、沙洲和辫子形状的水纹。有的学者根据这种现象，认为在历史上火星曾有过温暖时期，甚至有过大量的水在河床中流动，可能是后来火星上的气候有了剧烈的变化，火星的表面才留下了这些干河床。不过，这些干河床，与曾经轰动一时的火星上有“运河”的说法完全是两回事。
“水手”号和“海盗”号探测器，对火星两极的白色极冠也进行过多次考察。考察的结果表明，极冠是水和二氧比碳的凝结物。冬季时极冠的面积扩大，在最大时极冠能覆盖到606的纬度处。但一到春天，极冠开始变小。把探测器拍下的大量火星照片拼合在一起，就可看到火星的全貌。极冠不是整块的，可以看到向左旋转的螺纹。而且极冠在分层的结构，在冰层的边缘形成一系列的台阶，各层的厚度达10～50米。
火星表面的平均温度，比地球低30℃以上。火星昼夜温度常常相差100℃。在赤道附近，最高温度可达20℃左右，但到了夜间，温度很快下降，在黎明前最低温度降到零下80℃以下。火星的两极地区温度更低，在长长的极夜里，温度下降到零下139℃。
对于人们一直关注的有没有生命和“火星人”的问题，通过“水手”号探测器的探测，特别是“水手9号”拍摄的照片，已经表明“运河”是不存在的。“海洋”颜色随季节在变化，是由于气象上的原因造成的。大量的火星照片还表明，火星是一个极其荒凉的世界，而且大气非常稀薄，没有水，又很冷，是不适宜生命生存的，就更不可能有“火星人”了。
在1976年7月20日，“海盗1号”降落在火星的北纬22°27′、西经480地区的一个平原上，当时还是火星夏季结束的时候，白天的温度在零下30℃，夜间降到零下86℃。当年的9J13日，“海盗2号”跟随而来，降落在北纬45°的赛多尼亚地区。它们都是为了探测火星上有没有生命而来的，它们在火星上的着陆点，都是经过选择的，即在估计水分较多，存在生命的可能性较大的地方。“海盗”号在火星上当场取样，进行生物化学等多种试验，没有发现有生命的迹象。如果火星上有过生命的存在，哪怕是有过低等植物的存在，在火星的土壤中也会有生命的痕迹，但连这种迹象都不存在。这就断定“火星人”是根本不存在的。
“海盗”1号和2号，还从离地球3～4亿千米的火星上，发回数以万计的照片，从照片上看到了火星上茶红色的沙漠风光和风蚀地貌。火星的天空也是红的，一般都认为这是由于土壤微粒在天空飘浮着，而把太阳光散射的缘故。
这些照片经计算机校正后，拼成了火星的详细地图，分辨率可达40米，这对我们了解火星的气象和地质等等，都是很有价值的。美国地质调查局在1978年刊发了1：2500万的火星地质图，在长121厘米、宽91厘米的图上，最古老和最新的岩石、平原、火山、河床、峡谷和环形山等地形，都详细的表示出来。
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