La crosta, il mantello e il nucleo di Marte si formarono entro circa 50 milioni di anni dalla nascita del Sistema Solare e rimasero attivi per il primo miliardo[40]. Il mantello fu la regione rocciosa interna che trasferiva il calore generato durante l'accrescimento e formazione del nucleo. Si ritiene che la crosta sia stata creata dalla fusione della parte superiore del mantello mutando nel corso del tempo a causa di impatti con oggetti estranei, vulcanismo, movimenti successivi del mantello stesso ed erosione[41].

Grazie alle osservazioni della sua orbita attraverso lo spettrometro TES del Mars Global Surveyor e l'analisi dei meteoriti, è possibile sapere che Marte ha una superficie ricca di basalto. Alcune zone però mostrano quantità predominanti di silicio che potrebbe essere simile all'andesite sulla Terra. Gran parte della superficie è coperta da ossido ferrico che gli conferisce il suo peculiare colore rosso intenso. La crosta ha uno spessore medio di 50 km con un picco di 125 km. Per fare un confronto con quella terrestre, che ha uno spessore di circa 40 km, si potrebbe dire che la crosta marziana è tre volte più spessa, considerando le dimensioni doppie del nostro pianeta.

Il mantello, più denso di quello terrestre (di circa 2,35 volte), è composto soprattutto da silicati e, benché sia inattivo, è all'origine di tutte le testimonianze di fenomeni tettonici e vulcanici sul pianeta. È stato possibile identificare la composizione del mantello fino a una pressione di 23,5 GPa e il modello di Dreibus e Wänke indica che la sua composizione include olivina, clinopirosseno, ortopirosseno e granato[42].

Il nucleo di Marte è composto principalmente da ferro con il 14-17% di solfuro ferroso e si estende per un raggio di circa 1480 km. Molto probabilmente il nucleo non è liquido, ma allo stato viscoso; di conseguenza Marte non presenta un campo magnetico apprezzabile (massimo 5 nT, nanotesla) né attività geologica di rilievo. Questo comporta la mancanza di protezione del suolo del pianeta dall'attività di particelle cosmiche ad alta energia; tuttavia la maggiore distanza dal Sole rende meno violente le conseguenze della sua attività. Anche se Marte non dispone di un campo magnetico intrinseco, è possibile provare che parti della sua crosta siano state magnetiche e che si sia avuta una polarità alternata attorno ai suoi due poli. Una teoria, pubblicata nel 1999 e rivista nel 2005 assieme alle ricerche del Mars Global Surveyor, deduce dal paleomagnetismo marziano che fino a circa 4 miliardi di anni fa esistevano movimenti tettonici su Marte e la loro scomparsa è la causa di una magnetosfera quasi inesistente.

La storia geologica di Marte è stata divisa in tre ere. A tale scopo si è ricorso all'analisi della densità dei crateri d'impatto presenti sulla sua superficie, allo studio delle meteoriti marziane rinvenute sulla Terra e dei flussi lavici superficiali[43]:

• Epoca Noachiana (così nominata dalla Noachis Terra): si colloca tra 3,8 miliardi e 3,5 miliardi di anni fa. Vede la formazione della superficie più antica di Marte ed è riconoscibile per le numerose cicatrici lasciate dai crateri. La regione Tharsis si è formata in questo periodo, anche grazie a grandi correnti di acqua allo stato liquido presenti in questo periodo.

• Epoca Hesperiana (da Hesperia Planum): da 3,5 miliardi a 1,8 miliardi di anni fa. Nelle sue fasi iniziali si formarono Hellas e Argyre Planitia[44]. Degna di nota inoltre per la formazione di ampie pianure laviche.

• Epoca Amazzoniana (da Amazonis Planitia): da 1,8 miliardi di anni fa al presente. Tra gli aspetti salienti la formazione in questo periodo dell'Olympus Mons e di altre grandi strutture vulcaniche. Si distingue inoltre una tarda epoca Amazzoniana iniziata tra i 600 e i 300 milioni di anni fa[43].

• La presenza di acqua allo stato liquido è impossibile su Marte a causa della sua pressione atmosferica eccessivamente bassa[45][46] (salvo in zone di elevata depressione e per brevi periodi di tempo). Il ghiaccio d'acqua però è abbondante: i poli marziani infatti ne sono ricoperti e lo strato di permafrost si estende fino a latitudini di circa 60º[47]. La NASA nel marzo del 2007 annunciò che se si ipotizzasse lo scioglimento totale delle calotte polari, l'intero pianeta verrebbe sommerso da uno strato d'acqua profondo 11 metri[48].

• Si ritiene che grandi quantità di acqua siano intrappolate sotto la spessa criosfera marziana. La formazione della Valles Marineris e dei suoi canali di fuoriuscita dimostrano infatti che durante le fasi iniziali della storia di Marte fosse presente una grande quantità di acqua allo stato liquido. Una testimonianza la si può ritrovare nella Cerberus Fossae, una frattura della crosta risalente a 5 milioni di anni fa, dalla quale proviene il mare ghiacciato visibile sulla Elysium Planitia con al centro la Cerberus Palus[49][50]. Tuttavia è ragionevole ritenere che la morfologia di questi territori possa essere dovuta alla stagnazione di correnti laviche anziché all'acqua[51]. La struttura del terreno e sua inerzia termica paragonabile a quella delle pianure di Gusev, assieme alla presenza di formazioni coniche simili a vulcani, avvalorano la seconda tesi. In più la stechiometria molare frazionaria dell'acqua in quelle aree è solamente del 4% circa[52], fatto attribuibile più a minerali idrati[53] che alla presenza di ghiaccio superficiale.

• Grazie alle fotografie ad alta risoluzione del Mars Global Surveyor, è stata riscontrata la presenza di complesse reti naturali di drenaggio, apparentemente dotate di affluenti e corsi principali. Sono inoltre piuttosto frequenti elementi morfologici interpretabili come conoidi di deiezione e delta fluviali, che implicano un agente allo stato liquido con caratteristiche reologiche simili a quelle dell'acqua e non presentano differenze significative rispetto agli analoghi terrestri. La missione del rover Mars Science Laboratory (noto come Curiosity), ha consentito per la prima volta la ripresa di immagini ravvicinate di sedimenti marziani interpretabili senza ambiguità come depositi alluvionali e deltizi originati da corsi d'acqua, con caratteri sedimentologici del tutto assimilabili a quelli terrestri.[54]

• Il Mars Global Surveyor tuttavia ha anche fotografato alcune centinaia di esempi simili a canali di trasudamento presso crateri e canyon. Questi burroni (Gully) sono maggiormente presenti su altipiani dell'emisfero australe e tutti hanno un orientamento di 30º rispetto al polo meridionale[55]. Non sono state riscontrate erosioni o crateri lasciando supporre una loro formazione piuttosto recente.

• Un esempio evidente di questo fenomeno di trasudazione di acqua dal sottosuolo, che è possibile individuare in certi burroni è visibile nell'immagine qui riportata. Essa mostra un pendio interessato da gully ripreso in due momenti successivi: nella seconda immagine (a destra), appare un elemento di colore chiaro che si configura come un nuovo deposito di sedimenti. Michael Meyer, il responsabile del Programma di Esplorazione Marziana della NASA, asserisce che solo un flusso di materiali con un elevato contenuto di acqua allo stato liquido può produrre un sedimento di tale forma e colore. Tuttavia non è ancora possibile escludere che l'acqua possa provenire da precipitazioni o da altre fonti che non siano sotterranee[56]. Ulteriori scenari sono stati considerati, compresa la possibilità che i depositi siano stati causati da ghiaccio di anidride carbonica o dal movimento di polveri sulla superficie marziana[57][58].

• Altre prove dell'esistenza passata di acqua allo stato liquido su Marte proviene dalla scoperta di specifici minerali come ematite e goethite che in certi casi si formano in presenza di acqua[59]. Ad ogni modo, contemporaneamente alla scoperta di nuove prove dell'esistenza di acqua, vengono confutate precedenti ipotesi errate grazie agli studi di immagini ad alta risoluzione (circa 30 cm) inviate dal Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)[60]. Nel settembre 2015, su un articolo su Nature Geoscience, è stata annunciata, sulla base delle ricognizioni del MRO, la scoperta di acqua liquida sul pianeta, confermando le teorie di molti studiosi e astronomi; si tratta di piccoli rigagnoli di acqua salata, che si generano periodicamente.[61]La topografia di Marte presenta una dicotomia netta tra i due emisferi: a nord dell'equatore si trovano enormi pianure coperte da colate laviche mentre a sud la superficie è segnata da grandi altipiani segnati da migliaia di crateri. Una teoria proposta nel 1980, e avvalorata da prove scientifiche nel 2008, giustifica questa situazione attribuendone l'origine a una collisione del pianeta con un oggetto con dimensioni pari a quelle di Plutone, avvenuta circa 4 miliardi di anni fa[62][63]. Se tale teoria venisse confermata, l'emisfero boreale marziano, che ricopre circa il 40% del pianeta, diventerebbe il sito d'impatto più vasto del Sistema Solare con 10 600 km di lunghezza e 8500 km di larghezza strappando il primato al Bacino Polo Sud-Aitken[7][8]. La superficie di Marte non pare movimentata dall'energia che caratterizza quella terrestre. In sostanza, Marte non ha una crosta suddivisa in placche, e quindi la tettonica a zolle del modello terrestre risulta inapplicabile a tale pianeta.

• L'attività vulcanica è stata molto intensa, come testimonia la presenza di imponenti vulcani. Il maggiore di essi è l'Olympus Mons, che, con una base di 600 km e un'elevazione pari a circa 24 km rispetto alle pianure circostanti, è il maggior vulcano del sistema solare. Esso è molto simile ai vulcani a scudo delle isole Hawaii, originatisi dall'emissione per lunghissimi tempi di lava molto fluida. Uno dei motivi per i quali tali giganteschi edifici vulcanici sono presenti è che, per l'appunto, la crosta marziana è priva della mobilità delle placche tettoniche. Questo significa che i "punti caldi" da cui sale in superficie il magma battono sempre le stesse zone del pianeta, senza spostamenti nel corso di milioni di anni di attività. La ridotta forza di gravità ha certamente agevolato la lava, che su Marte ha un peso di poco superiore a quello dell'acqua sulla Terra. Questo rende possibile una più facile risalita dal sottosuolo e una più ampia e massiva diffusione sulla superficie.

• Un gigantesco canyon, lungo 5 000 km, largo 500 km e profondo 5 - 6 km attraversa il pianeta all'altezza dell'equatore e prende il nome di Valles Marineris, ed è l'unica struttura vagamente simile a quelle osservate nel XIX secolo e considerate poi uno dei più grandi sbagli della moderna astronomia. La sua presenza costituisce un vero e proprio sfregio sulla superficie marziana, e data la sua enorme struttura, non è chiaro cosa possa averla prodotta: certamente non l'erosione data da agenti atmosferici o acqua[3]. La struttura di questo canyon è tale da far sembrare minuscolo il Grand Canyon americano. L'equivalente terrestre sarebbe un canyon che partendo da Londra arriva a Città del Capo, con profondità dell'ordine dei 10 km. Questo consente di capire come tale canyon abbia una considerevole importanza per la struttura di Marte, e come esso non sia classificabile con casi noti sulla Terra. Un altro importante canyon è la Ma'adim Vallis (dal termine ebraico che indica appunto Marte). La sua lunghezza è di 700 km, la larghezza 20 km e raggiunge in alcuni punti una profondità di 2 km. Durante l'epoca Noachiana la Ma'adim Vallis appariva come un enorme bacino di drenaggio di circa 3 milioni di chilometri quadrati[64].

• Marte presenta inoltre approssimativamente 43 000 crateri d'impatto con un diametro superiore a 5 km[65]. Il maggiore tra questi risulta essere il Bacino Hellas, una struttura con albedo chiara visibile anche dalla Terra[66]. Marte, per le sue dimensioni, ha una probabilità inferiore della Terra di entrare in collisione con un oggetto esterno. Tuttavia il pianeta si trova più prossimo alla cintura degli asteroidi ed esiste la possibilità che entri addirittura in contatto con oggetti intrappolati nell'orbita gioviana[67]. Ad ogni modo l'atmosfera marziana fornisce una protezione dai corpi più piccoli: paragonata a quella lunare, la superficie di Marte è meno craterizzata.

• Il Thermal Emission Imaging System (THEMIS) montato sul Mars Odyssey ha rilevato sette possibili ingressi di caverne sui fianchi del vulcano Arsia Mons.[68]. Ogni caverna porta il nome delle persone amate degli scopritori[69] Le dimensioni di questi ingressi vanno dai 100 ai 252 m in larghezza e si ritiene che la loro profondità possa essere compresa tra i 73 e i 96 m. A parte la caverna "Dena", tutte le caverne non lasciano penetrare la luce rendendo impossibile stabilirne le esatte dimensioni interne.

• Il 19 febbraio 2008 il Mars Reconnaissance Orbiter ha immortalato un importante fenomeno geologico. Le immagini infatti hanno ripreso una frana spettacolare che si ritiene composta da ghiaccio frantumato, polvere e grandi blocchi di roccia che si sono distaccati da una scogliera alta circa 700 metri. Prove di tale valanga si sono riscontrate anche attraverso le nubi di polvere appunto sopra le stesse scogliere[70].

• La nomenclatura marziana, segue le mappe create dai primi osservatori del pianeta. Johann Heinrich Mädler e Wilhelm Beer furono i primi a stabilire che la maggior parte delle caratteristiche della superficie di Marte fossero permanenti e calcolarono inoltre anche la durata del periodo di rotazione. Nel 1840 Mädler tracciò la prima mappa del pianeta sulla base di dieci anni di osservazioni. I due scienziati anziché attribuire un nome alle singole caratteristiche, assegnarono a ognuna di esse una lettera[71].

• Tra le prime mappe in cui furono definiti i nomi della superficie del pianeta si ricordi quella del 1877 a opera di Giovanni Virginio Schiaparelli, il quale determinò e descrisse le principali conformazioni ricavando i nomi da termini indicanti antichi popoli (Ausonia), dei, luoghi geografici (Syrtis Major, Benacus Lacus), mitologici (Cerberus, Gorgonium Sinus) ecc. Sono poi seguite altre mappe come quelle di Lowell (1894), Antoniadi (1909), De Mottoni (1957).

• Generalmente la superficie di Marte è classificata in base alle differenze di albedo. Le piane più chiare, coperte di polveri e sabbie ricche di ossido di ferro, portano nomi di vaste aree geografiche come ad esempio l'Arabia Terra o l'Amazonis Planitia. Le strutture più scure invece, che un tempo vennero considerate dei mari, portano nomi come Mare Erythraeum, Mare Sirenum e Aurorae Sinus. La struttura più scura visibile dalla Terra è Syrtis Major[72]. Successivamente la nomenclatura è stata approvata dall'IAU e ufficialmente introdotta per identificare i luoghi marziani.Sulla superficie di Marte l'accelerazione di gravità è mediamente pari a 0,376 volte quella terrestre. A titolo di esempio, un uomo con una massa di 70 kg che misurasse il proprio peso su Marte facendo uso di una bilancia tarata sull'accelerazione di gravità terrestre registrerebbe un valore pari a circa 26,3 kg.[73]

• La magnetosfera di Marte è assente a livello globale e, in seguito alle rilevazioni del magnetometro MAG/ER del Mars Global Surveyor e considerando che è stata constatata l'assenza di magnetismo sopra i crateri Argyre e Hellas Planitia,[75] si presume sia scomparsa da circa 4 miliardi di anni e quindi i venti solari colpiscono direttamente la sua ionosfera. Questo mantiene l'atmosfera del pianeta piuttosto sottile per via della continua asportazione di atomi dalla parte più esterna della stessa. A riprova di questo fatto sia il Mars Global Surveyor che il Mars Express hanno individuato queste particelle atmosferiche ionizzate allontanarsi dietro il pianeta.

• La pressione atmosferica media è di 700 Pa ma varia da un minimo di 30 Pa sull'Olympus Mons a oltre 1 155 Pa nella depressione di Hellas Planitia. Per un paragone Marte ha una pressione atmosferica che è meno dell'1% rispetto a quella della Terra.

• L'atmosfera marziana si compone principalmente di anidride carbonica (95%), azoto (2,7%), argon (1,6%), vapore acqueo, ossigeno e monossido di carbonio.

• È stato definitivamente provato[74] che è presente anche metano nell'atmosfera marziana e in certe zone anche in grandi quantità;[74] la concentrazione media si aggirerebbe comunque sulle 10 ppb per unità di volume[76][77]. Dato che il metano è un gas instabile che viene scomposto dalla radiazione ultravioletta solitamente in un periodo di 340 anni nelle condizioni atmosferiche marziane, la sua presenza indica l'esistenza di una fonte relativamente recente del gas. Tra le possibili cause troviamo attività vulcanica, l'impatto di una cometa[78] e la presenza di forme di vita microbiche generanti metano. Un'altra possibile causa potrebbe essere un processo non biologico dovuto alle proprietà della serpentinite di interagire con acqua, anidride carbonica e l'olivina, un minerale comune sul suolo di Marte.[79]

• Durante l'inverno l'abbassamento della temperatura provoca la condensa del 25-30% dell'atmosfera che forma spessi strati di ghiaccio d'acqua o di anidride carbonica solida (ghiaccio secco).[80] Con l'estate il ghiaccio sublima causando grandi sbalzi di pressione e conseguenti tempeste con venti che raggiungono i 400 km/h. Questi fenomeni stagionali trasportano grandi quantità di polveri e vapore d'acqua che generano grandi cirri. Queste nuvole vennero fotografate dal rover Opportunity nel 2004.[81]

• Tra tutti i pianeti del sistema solare Marte è quello con il clima più simile a quello terrestre per via dell'inclinazione del suo asse di rotazione. Le stagioni tuttavia durano circa il doppio dato che la distanza dal Sole lo porta ad avere una rivoluzione di poco meno di 2 anni. Le temperature variano dai −140 °C degli inverni polari a 20 °C dell'estate. La forte escursione termica è dovuta anche al fatto che Marte ha un'atmosfera sottile (e quindi una bassa pressione atmosferica) e una bassa capacità di trattenere il calore del suolo.[82]

• Una differenza interessante rispetto al clima terrestre è dovuta alla sua orbita molto eccentrica. Infatti Marte è prossimo al periastro quando è estate nell'emisfero meridionale (e l'inverno in quello settentrionale) e vicino all'afastro nella situazione opposta. La conseguenza è un clima con una maggiore escursione termica nell'emisfero sud rispetto a quello nord che è costantemente più freddo. Infatti le temperature estive dell'emisfero meridionale possono essere fino a 30 °C più calde di quelle di un'equivalente estate in quello nord.[83]

• Rilevanti sono anche le tempeste di sabbia che possono estendersi su una piccola zona così come sull'intero pianeta. Solitamente si verificano quando Marte si trova prossimo al Sole ed è stato dimostrato che aumentano la temperatura atmosferica del pianeta, per una sorta di effetto serra.[84]

• Entrambe le calotte polari sono composte principalmente da ghiaccio ricoperto da uno strato di circa un metro di anidride carbonica solida (ghiaccio secco) al polo nord, mentre lo stesso strato raggiunge gli otto metri in quello sud, la sovrapposizione del ghiaccio secco sopra a quello d'acqua è dovuto al fatto che il primo condensa a temperature molto più basse e quindi successivamente a quello d'acqua in epoca di raffreddamento.[85] Entrambi i poli presentano dei disegni a spirale causati dall'interazione tra il calore solare disomogeneo e la sublimazione e condensazione del ghiaccio. Le loro dimensioni variano inoltre a seconda della stagione.[86]

• Marte possiede due satelliti naturali: Phobos e Deimos. Entrambi i satelliti vennero scoperti da Asaph Hall nel 1877. I loro nomi, Paura e Terrore, richiamano la mitologia greca secondo la quale Phobos e Deimos accompagnavano il padre Ares, Marte per i Romani, in battaglia. Non è ancora chiaro come e se Marte abbia catturato le sue lune. Entrambe hanno un'orbita circolare, prossima all'equatore, cosa piuttosto rara per dei corpi catturati. Tuttavia la loro composizione suggerisce proprio che entrambe siano oggetti simili ad asteroidi.

• Phobos è la maggiore delle due lune misurando 26,6 km nel suo punto più largo. Si presenta come un oggetto roccioso dalla forma irregolare, segnata da numerosi crateri tra cui spicca per dimensioni quello di Stickney che copre quasi metà della larghezza complessiva di Phobos. La superficie del satellite è ricoperta da regolite che riflette solo il 6 % della luce solare che lo investe. La sua densità media molto bassa inoltre ricorda la struttura delle meteoriti di condrite carbonacea e suggerisce che la luna sia stata catturata dal campo gravitazionale di Marte. La sua orbita attorno al Pianeta rosso dura 7 ore e 39 minuti, è circolare e si discosta di 1º dal piano equatoriale; tuttavia, essendo piuttosto instabile, può far pensare che comunque la cattura sia stata relativamente recente. Phobos ha un periodo orbitale più breve del periodo di rotazione di Marte sorgendo così da ovest e tramontando a est in sole 11 ore. L'asse più lungo del satellite inoltre punta sempre verso il pianeta madre mostrandogli così, come la Luna terrestre, solo una faccia. Poiché si trova sotto l'altitudine sincrona, Phobos è destinato, in un periodo di tempo stimato in 50 milioni di anni, ad avvicinarsi sempre più al pianeta fino a oltrepassare il limite di Roche e disintegrarsi per effetto delle intense forze mareali.

• Deimos invece è la luna più esterna e piccola essendo di 15 km nella sua sezione più lunga. Essa presenta una forma approssimativamente ellittica e, a dispetto della sua modesta forza di gravità, trattiene un significativo strato di regolite sulla sua superficie, che ne ricopre parzialmente i crateri facendola apparire più regolare rispetto a Phobos. Analogamente a quest'ultimo inoltre, Deimos, presenta la stessa composizione della maggior parte degli asteroidi. Deimos si trova appena al di fuori dell'orbita sincrona e sorge a est impiegando però circa 2,7 giorni per tramontare a ovest, nonostante la sua orbita sia di 30 ore e 18 minuti. La sua distanza media da Marte è di 23 459 km. Come Phobos, mostra sempre la medesima faccia al cielo di Marte essendo il suo asse più lungo sempre rivolto verso di esso.

• Sui punti Lagrangiani dell'orbita di Marte gravitano degli asteroidi troiani. Il primo, 5261 Eureka, fu individuato nel 1990. Seguirono (101429) o 1998 VF31, (121514) o 1999 UJ7 e 2007 NS2. Ad eccezione di UJ7 che si trova nel punto troiano L4, tutti gli asteroidi si posizionano in L5[87]. Le loro magnitudini apparenti vanno da 16,1 a 17,8[87] mentre il loro semiasse maggiore è di 1,526 UA[87]. Un'osservazione approfondita della sfera di Hill marziana, ad eccezione della zona interna all'orbita di Deimos che è resa invisibile dalla luce riflessa da Marte, può escludere la presenza di altri satelliti che superino una magnitudine apparente di 23,5 che corrisponde a un raggio di 90 m per un'albedo di 0,07[88].Grazie alla presenza di diversi satelliti, sonde e rover, è possibile studiare l'astronomia da Marte. Confrontata con le dimensioni dell'universo, la distanza tra la Terra e Marte è veramente esigua, tuttavia si possono notare delle differenze nell'osservazione astronomica del nostro sistema solare come, per esempio, un nuovo punto di vista del nostro pianeta e della Luna, dei satelliti Phobos e Deimos oltre ai fenomeni analoghi a quelli terrestri come le aurore e le meteore[89].

• L'8 maggio 2003 alle 13:00 UTC il Mars Global Surveyor fotografò la Terra e la Luna in quel momento molto vicine all'elongazione angolare massima dal Sole e a una distanza di 0,930 UA da Marte. Le magnitudini apparenti ricavate risultarono essere −2,5 e +0,9[90]. Tali magnitudini tuttavia sono soggette a notevoli variazioni dovute alla distanza e alla posizione di Terra e Luna. Da Marte inoltre è possibile vedere il transito della Terra davanti al Sole. Il più recente si è verificato l'11 maggio 1984[91] mentre il prossimo è previsto per il 10 novembre 2084.

• Phobos appare da Marte con un diametro angolare ampio circa un terzo rispetto a quello della Luna vista dalla Terra mentre Deimos, per le sue dimensioni, appare come una stella. Un osservatore potrebbe vedere il transito dei due satelliti davanti al Sole anche se per Phobos si dovrebbe parlare di un eclissi parziale della stella, mentre Deimos risulterebbe come un punto sul disco solare.

• Venere e Giove sarebbero un po' più luminosi della Terra visti da Marte; Venere, nonostante una distanza maggiore ed un conseguente minor diametro angolare rispetto al nostro pianeta, ha un'albedo notevolmente più alto causato dalla sua perenne e densa coltre nuvolosa. Seppur privo di dettagli, così come visto dalla Terra, brillerebbe nel cielo marziano con una magnitudine all'incirca di −3,2. Giove sarebbe leggermente più luminoso che visto dalla Terra, quando si trova in opposizione, per la minor distanza che lo divide da Marte, e brillerebbe di magnitudine −2,8[92].Nel luglio 2008 la NASA annuncia che ha le prove della presenza dell'acqua su Marte. In passato erano stati osservati i segni della passata presenza di acqua: sono stati osservati canali simili ai letti dei fiumi sulla terra. È tuttora oggetto di molti dibattiti l'origine dell'acqua liquida che un tempo scorreva sul pianeta; l'acqua, sotto forma di ghiaccio, costituisce una piccola parte delle calotte polari (il resto è formato da anidride carbonica solida). Altra acqua si trova sotto il suolo del pianeta, ma in quantità ancora sconosciuta. La presenza di acqua nel sottosuolo del polo sud di Marte è stata confermata dalla sonda europea Mars Express nel gennaio del 2004; nel 2005 il radar MARSIS, strumento italiano collocato a bordo della stessa sonda, ha individuato un deposito di ghiaccio dello spessore maggiore di un chilometro tra gli 1,5 e i 2,5 km di profondità, nei pressi della regione di Chryse Planitia.

• Il 16 agosto 1996 la rivista Science annunciò la scoperta di prove concrete che suggeriscono l'esistenza della vita su Marte nel meteorite ALH 84001. La ricerca venne intrapresa dagli scienziati del Johnson Space Center (JSC) Dr. David McKay, Dr. Everett Gibson e Kathie Thomas-Keprta assieme a un team di ricerca della Stanford University diretto dal Professor Richard Zare. Il meteorite fu rinvenuto presso le Allan Hills in Antartide e risulta uno dei 12 meteoriti rinvenuti sulla Terra che presentano le caratteristiche chimiche peculiari del suolo marziano. Dopo un'analisi che includeva microbiologia, mineralogia, geochimica e chimica organica si ritenne ragionevole affermare che in un periodo tra i 4 e i 3,6 miliardi di anni fa (periodo in cui il pianeta si presentava più caldo e umido) su Marte erano presenti forme di vita molto simili ai nanobatteri presenti sulla Terra[93]. I risultati di tale ricerca vennero comunque presentati alla comunità scientifica che trova pareri discordanti sulla veridicità di questa tesi. In un articolo apparso sulla rivista "International Journal of Astrobiology" intitolato “Possible organosedimentary structures on Mars” Vincenzo Rizzo e Nicola Cantasano ipotizzano la presenza su Marte di strutture sedimentarie di origine organica simili alle stromatoliti terrestri, rafforzando in questo modo l'ipotesi che il pianeta rosso ospitasse la vita in tempi antichi.[94][95]

• Il 1º agosto 2008 la sonda Phoenix individua l'acqua sotto forma di ghiaccio, scavando di qualche centimetro la superficie di Marte, ma il ghiaccio è sublimato nel giro di quattro sol senza nessuna erosione[96].

• Nell'ottobre 2008 è stata accertata dalla sonda Phoenix neve nelle nuvole marziane che si è però dissolta prima di raggiungere il suolo.

• Il 17 dicembre 2014, il rover marziano Curiosity ha confermato la presenza di metano nell'atmosfera di Marte (addirittura con picchi superiori di 10 volte ai valori standard) e rilevato traccia di molecole organiche (quali composti dell'idrogeno, ossigeno e carbonio). Sebbene sia una scoperta importante, non è detto che la fonte di questi elementi sia biologica. Infatti, il metano potrebbe essere originato da processi geologici. Questa scoperta ha comunque aperto le porte agli scienziati, fornendo una pur remota speranza di trovare qualche forma di vita sul pianeta rosso.Il 28 settembre 2015, la NASA ha annunciato di avere delle prove concrete che sulla superficie di Marte scorra acqua salata allo stato liquido sotto forma di piccoli ruscelli ma si tratta comunque di speculazione e non di osservazione diretta.[97]

• Spesso, formazioni naturali sulla superficie marziana sono state interpretate da alcuni come manufatti artificiali, che avrebbero provato l'esistenza di una non meglio definita civiltà marziana. Il Volto su Marte ne è l'esempio più famoso. La teoria di archeologia marziana viene sostenuta dallo scrittore e teorico di archeologia misteriosa Zecharia Sitchin, che sostiene l'esistenza di riferimenti a tale zona marziana nella letteratura sumerica.

• Il 23 gennaio 2008 la NASA ha pubblicato alcune foto eseguite dal robot Spirit nel novembre del 2007. Sulla sinistra della foto alcuni blogger credono di individuare una figura di forma umanoide. La NASA ha reso noto che la presunta forma di vita extraterrestre è in realtà un sasso alto 5 cm scolpito dal vento. Si tratta insomma di pareidolia.Nei primi anni 2000, una proposta di bandiera marziana sventolò a bordo dello Space Shuttle Discovery. Disegnata dagli ingegneri NASA e dal task force leader della Flashline Mars Arctic Research Station, Pascal Lee, e portata a bordo dall'astronauta John Mace Grunsfeld, la bandiera consisteva in tre fasce verticali (rosso, verde, e blu), che simboleggiavano la trasformazione di Marte da un pianeta arido (rosso) a uno che possa sostenere la vita (verde), e finalmente a un pianeta completamente terraformato con specchi d'acqua ad aria aperta sotto un cielo azzurro (blu). Questo design fu suggerito dalla fantascientifica trilogia di Marte (Red Mars, Green Mars, Blue Mars) di Kim Stanley Robinson. Furono realizzate anche altre proposte, ma il tricolore repubblicano fu adottato dalla Mars Society come sua bandiera ufficiale. In un commento diffuso dopo il lancio della missione, la Society disse che la bandiera "non è mai stata onorata da un vascello della principale nazione coinvolta nei viaggi spaziali della Terra", e aggiunse che "è esemplare che sia successo quando è successo: all'inizio di un nuovo millennio".

• Marte prende il suo nome dal dio romano della guerra, Mars. Gli astronomi Babilonesi lo nominavano Nergal, la loro divinità del fuoco, della distruzione e della guerra, molto probabilmente proprio per la sua colorazione rossastra. Quando i Greci identificarono Nergal con il loro dio della guerra Ares, lo chiamarono Ἄρεως ἀστἡρ (Aeros aster) o "Stella di Ares". A seguito della successiva identificazione presso gli antichi romani di Ares con Mars, la denominazione venne tradotta in stella Martis o semplicemente Mars. I greci lo chiamavano anche Πυρόεις (Pyroeis) o "infuocato".

• Nella mitologia Indù Marte era conosciuto come [Mangala (मंगल). In Sanscrito era noto come Angaraka dal nome del dio celibe della guerra che possedeva i segni dell'Ariete e dello Scorpione e insegnava le scienze occulte. Per gli antichi egiziani era Ḥr Dšr o "Horus il Rosso". Gli Ebrei lo chiamavano Ma'adim (מאדים) o "colui che arrossisce"; da qui inoltre deriva il nome di uno dei maggiori canyon di Marte: la Ma'adim Vallis. Gli Arabi lo conoscono come al-Mirrikh, i Turchi come Merih e in Urdu e in Persiano è noto come Merikh (مریخ): sono evidenti le somiglianze della radice del termine ma l'etimologia della parola è sconosciuta. Gli Antichi Persiani lo chiamavano Bahram(بهرام) in onore del dio della fede Zoroastriano. I Cinesi, Giapponesi, Coreani e Vietnamiti si riferiscono al pianeta come "Stella infuocata" (火星), nome che deriva dalla mitologia cinese del ciclo dei Cinque Elementi.

• Il simbolo del pianeta, derivante dal simbolo astrologico di Marte, è un cerchio con una freccia che punta in avanti. Simboleggia lo scudo e la lancia che il dio romano usava in battaglia. Lo stesso simbolo è usato in biologia per identificare il genere maschile e in alchimia per simboleggiare l'elemento ferro a causa del colore rossastro del suo ossido che corrisponde al colore del pianeta. Il suddetto simbolo inoltre occupa la posizione Unicode U+2642.

• La credenza, un tempo universalmente accettata, in base alla quale Marte fosse popolato da Marziani intelligenti, ha origine alla fine del XIX secolo a causa delle osservazioni telescopiche di Giovanni Schiaparelli di strutture reticolari e di ombre estese sulla superficie marziana, che egli definì "canali" e "mari" similmente per quanto avverrebbe riferendosi all'orografia terrestre. Schiaparelli non volle prendere posizione sulla questione se i canali fossero naturali o artificiali, ma un'errata traduzione del termine "canali" in inglese e francese lasciò suggerire la seconda, più intrigante ipotesi. Tale terminologia fu proseguita nei libri di Percival Lowell. Le loro opere infatti descrivevano Marte ipotizzandolo come un pianeta morente la cui civiltà cercava, appunto con detti canali, di impedirne l'inaridimento[98]. In realtà le conformazioni orografiche osservate erano dovute ai limiti ottici dei telescopi usati dalla Terra, inadatti a osservare i precisi e reali dettagli della superficie.

• Le supposizioni, che tuttavia erano elaborate in buona fede, continuarono a essere alimentate da numerose altre osservazioni e dichiarazioni di personaggi eminenti, corroborando la cosiddetta "Febbre marziana"[99]. Nel 1899 Nikola Tesla, mentre si trovava impegnato nell'investigazione del rumore radio atmosferico nel suo laboratorio di Colorado Springs, captò segnali ripetitivi che in seguito affermò essere probabilmente comunicazioni radio provenienti da Marte. In un'intervista del 1901 Tesla affermò:

• « Fu solo in seguito che mi balenò nella mente l'idea che i disturbi da me captati potessero essere dovuti a un controllo intelligente. Anche se non potevo decifrarne il significato, mi fu impossibile pensarli come puramente accidentali. Continua a crescere in me la sensazione di essere stato il primo a sentire il saluto di un pianeta a un altro.[100] »

• La tesi di Tesla venne avvalorata da Lord Kelvin che, mentre era in visita negli Stati Uniti nel 1902, venne sentito affermare che Tesla aveva captato segnali marziani diretti agli stessi Stati Uniti[101]. Tuttavia, Kelvin in seguito smentì quella dichiarazione poco prima di lasciare il paese.

• In un articolo del New York Times del 1901, Edward Charles Pickering, direttore del Harvard College Observatory, dichiarò di aver ricevuto un telegramma dal Lowell Observatory in Arizona che confermava i tentativi di Marte di entrare in contatto con la Terra[102]. Pickering in conseguenza di queste convinzioni propose di installare in Texas un sistema di specchi con l'intento di comunicare con i marziani.

• Negli ultimi decenni, i progressi nell'esplorazione di Marte (culminati con il Mars Global Surveyor) non hanno rilevato alcun tipo di testimonianza di civiltà presenti o passate. Nonostante le mappature fotografiche, persistono alcune speculazioni pseudoscientifiche riguardo ai "canali" di Schiaparelli o al Volto su Marte[103][104].

• La nascita di una produzione di narrativa fantascientifica riguardante Marte fu stimolata principalmente dal caratteristico colore rossastro e dalle prime ipotesi scientifiche che consideravano il pianeta non solo adatto alla vita, ma addirittura a specie intelligenti.

• A capo della vasta produzione spicca il romanzo La guerra dei mondi di H. G. Wells, pubblicato nel 1898, nel quale i Marziani abbandonano il loro pianeta morente per invadere la Terra. Negli Stati Uniti il 30 ottobre 1938 venne trasmesso in diretta un adattamento del romanzo in forma di una finta radiocronaca, in cui la voce di Orson Welles annunciava alla popolazione che i Marziani erano sbarcati sulla Terra; molte persone, credendo a queste parole, furono prese dal panico.

• L'autore Jonathan Swift aveva fatto menzione delle lune marziane 150 anni prima della loro effettiva scoperta da parte di Asaph Hall, dando addirittura una descrizione piuttosto dettagliata delle loro orbite, nel 19º capitolo del romanzo I viaggi di Gulliver (1726).

• Influenti sul tema della civiltà marziana furono anche il Ciclo di Barsoom di Edgar Rice Burroughs (pubblicato dal 1912), le poetiche Cronache marziane del 1950 di Ray Bradbury, nelle quali esploratori dalla Terra distruggono accidentalmente una civiltà marziana, e le diverse storie scritte da Robert Heinlein negli anni sessanta del Novecento.

• Da ricordare inoltre la figura comica di Marvin il marziano che apparve per la prima volta in televisione nel 1948 come uno dei personaggi dei Looney Tunes della Warner Bros.

• Un altro riferimento lo si trova nella Trilogia Spaziale di Clive Staples Lewis, in particolare nel primo libro intitolato Lontano dal pianeta silenzioso del 1938.

• Dopo l'arrivo delle fotografie dei Mariner e Viking si svelò il vero aspetto del Pianeta Rosso: un mondo senza vita e senza i famosi canali e mari. Le storie di fantascienza si concentrarono così nella futura terraformazione di Marte, come nella Trilogia di Marte di Kim Stanley Robinson, che descriveva in maniera realistica delle colonie terrestri su Marte.

• Un altro tema ricorrente, specialmente nella letteratura americana, è la lotta per l'indipendenza della colonia marziana dalla Terra. Questo infatti è l'elemento caratterizzante della trama di alcuni romanzi di Greg Bear e Kim Stanley Robinson, del film Atto di forza basato su una storia di Philip K. Dick e della serie televisiva Babylon 5, come pure di diversi videogiochi.

• Fra il 2003 e il 2006, il comico Corrado Guzzanti realizza Fascisti su Marte, un lungometraggio a carattere ucronistico, nel quale, ripercorrendo una finzione cinematografica appartenuta alla propaganda del ventennio, si immagina che già nel 1939 il Fascismo abbia appoggiato e finanziato una missione di conquista del pianeta rosso, mandando cinque suoi uomini su di esso, con l'obiettivo di colonizzarlo, al pari delle nazioni africane che all'epoca erano occupate militarmente dall'Italia. Le scene sono girate in una cava di pietre nella zona della Magliana, a Roma. All'assurdità storica che ne caratterizza la trama, si aggiunge l'inverosimiglianza del poter sopravvivere per mesi su Marte senza l'ausilio né di bombole di ossigeno, né di tute di protezione dalle radiazioni solari che, su Marte, danneggerebbero in misura letale la pelle di un qualsiasi essere umano.

• Nel 2014 Maico Morellini, con la serie I Necronauti (in particolare nel racconto I Mercanti di Morte), descrive Marte come la più antica colonia terrestre. Sul pianeta descritto da Morellini sono presenti diverse grandi città e Marte è completamente terraformato.

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