火星
火星大氣以二氧化碳為主，既稀薄又寒冷，其表面特徵讓人聯想起月球上的撞擊坑，以及地球上的山谷、沙漠和極地冰蓋。英語中，通常被稱為紅色星球（）。是因為火星在視覺上呈現為橘紅色是因為地表廣泛普遍的分佈著氧化鐵的造成的，它使火星呈現出一种红色的外觀，在肉眼可見的天體中獨具一格。火星地表沙丘、礫石遍布且沒有穩定的液態水，火星南半球是古老、充滿隕石坑的高地，北半球則是較年輕的平原。
暗坡条纹
水迹是地球北极和南极地区永久冻土占主导地位的地形中常见但很少研究的斜坡特征。由于水被引入在地表下永久冻土顶部，因此，该区域的土壤湿度得以提高。虽然火星上还没有明确的水迹，但一些研究人员已经注意到它们在形态和光谱上与火星的斜坡条纹相似。与暗坡条纹一样，水迹也是在下坡方向上延伸的狭窄、带分支的特征。相较于周围地表，它们通常显得略微暗淡，很少或根本察觉不出起伏变化。即使在达到峰流情况下，它们通常看起来像宽度不到60米，长约数百米的潮湿、变暗的小块土壤。在冬季，暗色的表面会变色消失在冻结的水迹中，使他们几乎无法被察觉.。
行星 (占星術)
占星術領域中的解釋，火星是與自信和自我主張（self-assertion）、攻擊性、色慾、精力或活力、力量、野心以及衝動相關聯。火星還支配與掌管著體育、競賽以及一般的体力活動。西元一世紀的詩人曼尼里烏斯，他描述著火星這顆行星為激烈的並作為一顆小的行星（小-{凶}-星）。在醫療占星術中，火星負責掌管生殖器官、肌肉系统、生殖腺（gonads）和腎上腺。火星祂在傳統上認為是熱的與過於乾燥的並且主宰著四體液中的黃膽汁，而黃膽汁在四種氣質裡則與易怒性情有直接關係。祂是與 發燒、意外事故、外傷、疼痛以及外科手術相關連。
火星極冠
兩個極冠都顯示季節性融化和沉積的冰和火星塵暴的沙塵造成的分層特徵。這些極區的層狀沉積位於永久極冠之下。關於火星過去氣候的資訊可能最終會在這些層中顯露出來，就像地球上樹木的年輪和冰核資料一樣。兩個極冠也都顯示溝槽的特徵，可能是由風流模式和太陽角度引起的，已經有好幾種理論提出企圖來解釋。溝槽也會受到灰塵量的影響。塵埃越多，表面的顏色越暗。越暗的表面，融解的也越快。黑暗的表面會吸收更多的光能。一個巨大的峽谷，北極峽谷，切進北極冠的一半。它的寬度大約100公里，深約2公里，比地球的大峽谷更深。
火星碳酸盐
截止2012年，一些科学家认为，碳酸盐沉积物在火星分布不广的原因是低pH水环境在全球占据了主导地位，即使是最难溶解的碳酸盐-菱铁矿（FeCO）沉淀也仅发生于pH大于5的条件下。 2008年，当凤凰号火星着陆器上的热释气分析仪和湿化学实验室测试发现方解石(CaCO)和碱性土壤含量在3-5%（重量百分比）后，表面有大量碳酸盐沉积物的证据开始增加。2010年，通过勇气号火星探测车的分析，在古瑟夫撞击坑的哥伦比亚丘陵上发现了富含碳酸镁/铁（16–34%）的露头，这些露头很可能是在诺亚纪火山活动所产生的接近中性pH值热液条件下，从含碳酸盐溶液中沉淀而成。
火星反照率特徵列表
火星古典反照率特征(albedo features)是通过地球望远镜在火星上所看到的明暗特征。在航天时代之前，曾有数位天文学家绘制出了火星地图，并在地图上对所看到的地貌进行了命名。最盛行的命名系统是由乔凡尼·斯基亚帕雷利提出的，他采用了古典时代的名字。今天，太空探测器使人们对火星的理解得到了改善，这使得许多古典名称在制图中已然过时，但其中还有部分旧名称仍被用于描述火星上的地理特征。
火星成分
蛋白石和硫酸铁矿物形成于酸性（低pH）溶液中，在包括朱芬塔峡谷、伊乌斯峡谷、米拉斯峡谷、坎多尔峡谷和恒河峡谷附近等许多地方都发现了硫酸盐。这些地点都包含河流地貌，表明曾经存在过丰富的水，而勇气号火星车也在哥伦比亚丘陵发现了硫酸盐和针铁矿。
火星观测历史
1610年伽利略第一次用望远镜观测火星。 在一个世纪内，天文学家发现了这颗行星上明显的反照率特征，包括黑色的大瑟提斯高原和极地冰盖。 他们能够确定行星的自转周期和轴向倾斜。 这些观测主要是在火星与太阳处于相对位置的时间间隔内进行的，在这个时间间隔内，地球离火星最近。19世纪早期发明的高级望远镜使得人们能够详细绘制火星永恒的反照率特征。1840年 第一张粗略的火星地图出版，1877年之后绘制出了更精确的地图。 当天文学家误以为他们已经探测到了火星大气层上水的光谱特征时，火星上存在生命的说法逐渐流行起来。 珀西瓦尔 · 洛厄尔相信他可以看到一个人造火星运河。 这些线性特征后来被证明是视错觉，大气层太薄，不具备类似地球的行星适居性。
火星氣候
最近的觀測和模形不但可以提供火星現在的氣候和大氣狀況，也可得知過去的狀況。諾亞紀的火星大氣層長期被認為富含二氧化碳；近年的火星表面黏土礦物沉積的光譜分析和黏土礦物形成狀態模擬發現當時很少或沒有碳酸鹽礦物在黏土中。黏土在富含二氧化碳環境中形成時總是伴隨碳酸鹽的形成，雖然形成後很容易受到火山噴發的酸性物質破壞。
火星
自海盜號即發現，火星北半球中緯度有幾處峽谷底含有條紋流動狀的地表特徵，但不確定是富含冰的山崩、含冰土的流動或是塵礫覆蓋的冰河。但根據更新任務的資料與比對地球的相關地形，支持這些是冰河，且推測是自轉軸傾角較大時的氣候狀態下所累積的。
火星天文學
火星上的季節延遲不會超過兩天，這是因為缺乏大量的水和其他因素所能提供的緩衝效應。因此，在火星上的溫度，春天大約是夏天的鏡像，秋天大約是冬天的鏡像，而如果火星的軌道是圓形的，最高溫和最低溫將出現在夏天和冬天的至點之後兩天左右，而不會像地球這樣延遲到一個月之後。造成春天和夏天的溫度差異的唯一因素是火星軌道的離心率較高：在北半球，春天時火星與太陽的距離比夏天時遠，因此春天的溫度會比夏天低，而秋天的溫度會比冬天溫暖。但是，在南半球卻正好相反。
暗坡条纹
暗坡条纹属反照率特征，在肉眼看来，它们是与浅色背景坡之间的一种亮度差异。通常除了最高分辨率（<1米/像素）图像外，无法在无明显起伏变化的地形中区分条纹与它周围的地貌。在很多情况下，斜坡的原始表面纹理仍将保持并继续穿过条纹，似乎并不受暗纹形成事件的影响（如左图所示），整体外观效果尤如沿斜坡投射下的部分阴影。这些观察结果表明，无论条纹形成的过程是什么，它只影响最表面的一层，坡纹也仅比周边地表暗10%左右，但在图像中通常显示为黑色，这是因为对比度被人为调高了。 火星表面遍布着大小不同的反照率特征，构成了从望远镜可看到的火星古典明暗标记(参见火星古典反照率特征，这些标记是因火星表面所覆盖的尘埃比例不同而造成。火星尘埃呈微红的亮赭色，而基岩和土壤（表岩屑）则呈深灰色（颜色未变的玄武岩）。因此，火星上多尘区域显得明亮（高反照率），而岩石和岩屑比例较高的地表则通常较暗（低反照率）。火星上大部分的反照率特征都是由风造成，风清除了一些区域的尘埃，留下了一层更暗的隔温层。在其他区域，尘埃沉积则形成明亮的表面；而在撞击坑和其他障碍物周围，尘埃选择性的清除和堆积最为明显，在这些障碍物周围形成了各种条纹（风尾）和不规则斑块。
火星矿物
火星矿物（mineralogy of Mars）是指火星表面岩石和土壤中所包含的化学成分，各种轨道飞行器已使用光谱学方法来识别一些矿物的特征。行星着陆器对岩石中的土壤进行了具体的化学分析，以进一步鉴定和确认是否存在其他的矿物。在地球上唯一的火星岩石样本是陨石。元素、大气成分以及行星环境条件对了解这些基础部分可以形成哪些矿物至关重要。
火星间歇泉
最初也有人认为，这些黑色斑块只是受热裸露出的地表，但2006年的热成像显示，这些结构的温度与覆盖该地区的冰一样冷，表明它们是冰层上一层被冻结的薄黑色物质。 然而，就在首次发现它们后不久，又发现它们为负地形特征-即放射状的凹槽或通道，今天被认为是像间歇泉般的喷口系统。
火星间歇泉
这些特征是火星南极地区-南纬60°至80°，西经150°至310°，被非正式称为“神秘区域”所特有。这片位于极地厚冰层陡坡和永久冻土之间的1米深二氧化碳(CO)冰板过渡区明显为间歇泉群所在地。
舌状岩屑坡
舌状岩屑坡(Lobate debris aprons)是火星上的地质特征，由悬崖下的岩屑堆所组成，被海盗号轨道飞行器首次发现。这些特征具有凸起地形并依附于悬崖或陡崖的缓坡，表明岩屑流所塌落的源头峭崖。此外，就像地球上的石冰川一样，舌状岩屑坡可以显示地表线理。
暗坡条纹
暗坡条纹在火星赤道区最为常见，尤其是在塔尔西斯、阿拉伯高地和亚马逊区（左图）。它们出现在北纬39°和南纬28°之间，在其北部界线，会优先出现在温暖、朝南的斜坡上。奇怪的是，斜坡条纹也与最高温达到275K（摄氏2度）—接近火星上水的三相点温度的区域有关，这种关系使得一些研究人员认为液态水参与了暗坡条纹的形成。
火星分界
火星南北半球之間的分界（Martian dichotomy）是火星最明顯的地理特徵，該分界線是崎嶇的南半球隕擊高原和平坦的北半球盆地分界線。兩個半球間的高程差約 1 至 3 公里。而火星地殼平均厚度是 45 公里；而南半球地殼厚度約 58 公里，北半球則是 32 公里。
火星间歇泉跳跃者
CO冰的季节性冻结和融化导致了许多特征的出现，例如在冰层下分布有蛛网状裂缝或通道的深色沙丘斑点，在地面和冰之间蚀刻出网状的放射状通道，使其看起来像蛛网，然后，内部积聚的压力喷出气体和黑色玄武质沙或灰尘，这些物质沉积在冰面上，从而形成黑色的沙丘斑点。这一过程很快，在数天、数周或几个月的时间里就可以观察到，这种增长速度在地质学上相当罕见——尤其在火星上。 从发射始，整个任务持续时间将为30个月，包括8个月的星际巡航，然后在火星表面执行22个月(一个火星年)的主要任务。飞船将进入大气层，在已知形成间歇泉的南极地区进行火箭反推的软着陆。这次登陆将在极地夏季进行，届时地表上没有冰。预测的着陆区范围约为20x50公里(12x31英里)大小，因此着陆目标只是一个区域，而不是特定的间歇泉位置。在着陆后的第一阶段，它将进行科学勘测，以确定着陆地点的特征，了解该地区夏季无冰期的地表地质情况。
火星
由於火星比地球離太陽遠，日射量較少，表面溫度應較低，計算值約210K，但實際觀測地表平均約240K，則是因為大量的二氧化碳所造成的溫室效應。由於大氣層很薄，無法保留很多熱，使地表日夜溫差很大，某些地區地表温度白天可達28℃，夜晚可低至-132℃，平均-52℃。火星大氣環流主要為單胞環流，由赤道相對熱空氣上升，漂至極區下沉，再沿地面回到赤道。另外，在火星的北半球，極冠的二氧化碳昇華進入大氣，使氣壓升高；而南半球由於二氧化碳凝華，氣壓下降，由於進出大氣的二氧化碳量高達25%，造成南北壓力差，空氣便傾向由高壓的夏半球流向低壓的冬半球，形成另一依季節而變向的環流。因此火星的天氣系統趨向成為全球性的，例如塵暴。
HiWish计划
当作用力穿透脆性层时，通常可看到放射和同心状裂纹，比如被石头砸破的玻璃窗，这些特殊的裂缝可能是火星脆性表面下出现的某些东西所造成。水冰可能呈镜面状积聚在地表下，冰的密度比岩石小，当被推升到到表面后，就会呈现蜘蛛网般的图纹，从而也就形成了这些有裂缝的土墩，这一过程与地球北极苔原上相似大小土墩的形成过程类似。这些特征被称为“冰核丘”（平戈斯），因纽特人词汇。冰核丘含有纯水冰，因此，它们可能成为未来火星定居者的水源，许多看起来像地球上冰核丘的特征都可在乌托邦平原(北纬35-50°、东经80-115°)找到。 有大量证据表明水曾经在火星的河谷中流动过，来自轨道飞行器的图片显示了蜿蜒的河谷、叉谷，甚至还有逶迤弯曲的牛轭湖，下面的图片显示了其中的一些。
火星水探索年表
火星上許多地区都发现了暗坡条纹（斜坡或陡坡上的暗黑条纹），如撞擊坑壁。暗坡条纹自水手號任務和海盜號任務来就開始被研究。条纹刚开始时似乎较暗，之后随着时间的推移逐渐变淡。它们通常起源于一个小窄点，然后扩大并向下延伸数百米。条纹似乎与任何特定材质层都没有关联，因为它们并非起始于同一斜坡高度。尽管很多条纹看起来非常暗，但实际上仅比周围表面暗10%或不到。火星全球勘测者发现，在不到一年的时间里，火星上已形成了新的条纹。
火星天文學
火星天文學這篇文章是介紹從火星這顆行星察看天空所看見的資訊和影像。在許多情況下，這些現象與地球所見的相同或是類似，但是有時會相當的不同，好比觀看地球是晨星或昏星。例如，因為火星的大氣層沒有臭氧層，這使得在火星表面有可能從事紫外線的觀察。
火星
當時，斯基亞帕雷利和同期觀測者一樣，觀察到了火星表面似乎有一些從暗區延伸出的細線，因為對於暗區是水體的傳統，這些細線命名為水道（canali）。而後來觀察到暗區會在冬季時縮小、夏季時擴張，有人提出暗區是植物覆蓋、而暗區的擴大縮小則是消長所引起的，改變以往認為暗區是水的說法。帕西瓦爾·羅威爾觀察到並宣稱那些「水道」其實是人工挖掘的「運河」，用來灌溉植物，因為水道應太細不可見，而看到的細線應是灌溉出的大片植物。风靡大众的火星科幻和火星人即源于此。不過這些細線大多已證明是不存在的，部分則是峽谷或隕石坑後延伸出的深色沙子。而火星表面颜色的改变则是因为沙被風吹移，或發生火星塵暴。
火星成分
火星大部分表面都被一层像滑石粉般细腻的尘埃深深地覆盖着，弥漫于全球的尘埃掩盖了下面的基岩，使得火星许多区域无法从轨道上通过光谱识别原生矿物。尘埃红/橙色的外观是由氧化铁（III）（纳米相三氧化二铁）和氢氧化铁矿物针铁矿所造成。
火星碳酸盐
火星勘测轨道飞行器-紧凑型火星侦察成像光谱仪团队首次成功识别出局部范围（<10公里²）地表碳酸盐矿物的强烈红外光谱特征。2007年的光谱建模确定了尼利槽沟中一处关键矿床，该矿床主要由一种空间上与橄榄石露头有关的单一矿物相构成，主要矿物似乎是菱镁矿，通过热特性和高分辨率成像科学设备的形态推断，表明该矿床为岩屑。从地层学上看，该岩层位于下方页硅酸盐和上方铁镁质冠岩之间，时间上介于诺亚纪和赫斯珀里亚纪年代之间。尽管红外光谱代表的矿物含量厚度低于≈0.1毫米（这与对数十厘米深度敏感的伽马光谱相反），但地层、形态和热学性能等特征反映，碳酸盐是以岩石露头的形式存在而非仅仅是一层蚀变外壳。不过，它的形态与典型的陆相沉积碳酸盐岩层不同，表明其形成于橄榄石和其他火成矿物的局部水蚀。然而，关键的影响是这种改变是在中等pH值下发生，且由此产生的碳酸盐并未暴露在持续的低pH值含水条件下，即使是最近的赫斯珀里亚纪。这增加了火星上局部和区域范围的地质环境，在某些重大的地质年代会有利于类陆生物活动的可能性。
火星極冠
兩極的冠都顯示了層狀特徵，稱為極層沉積，這是由於季節性融化和沉積的冰，以及來自火星沙塵暴的塵埃造成的。關於火星過去氣候的資訊可能最終會在這些層中顯露出來，就像在地球上所做的樹木年輪模式和冰核資料一樣。兩極的冠也顯示溝槽特徵，可能是由風流模式造成。溝槽也會受到灰塵量的影響。塵埃越多，表面的顏色越暗。越暗的表面，融解的也越快。黑暗的表面會吸收越多的能量。還有一些其它的理論試圖解釋巨大的溝槽。北極冰冠的大部分是水冰，還有一個季節性的乾冰板，固態的二氧化碳。每個冬天，冰蓋會增加1.5至2米厚度的乾冰。在夏天，乾冰昇華（直接從固體成為氣體）進入大氣層。火星因為自轉軸的傾斜角度接近我們的地球（火星為25.19°，地球為23.44°），所有與地球有相似的季節。
火星间歇泉
火星间歇泉与地球上的间歇泉不同，后者通常与热液活动有关，而这些则完全不同于任何地球地质现象。其反射率(反照率)、形状和特殊的蜘蛛般外观引发了有关它们起源的各种猜想，包括从结霜反射率差异到涉及生物作用的种种解释。然而，当前所有的地质物理模型都假设火星上存在某种喷流或类似喷泉的活动，但对于它们的特点以及形成过程目前仍存有争议。
火星氣候
雖然火星質量只有地球的11%，距離太陽比地球遠50%，兩顆行星的氣候仍有明顯相似之處，例如極冠、季節變化和可觀測的天氣模式，因此吸引了行星科學家和氣候學家持續的研究。雖然火星的氣候類似地球，包括季節和週期性的冰河期，也有重要的差異，如沒有液態水（雖然存在水冰）和低得多的熱慣性。火星大氣層的大氣標高大約是11公里，比地球高60%。氣候和生命現在或過去是否曾經存在於火星上有很大的關聯性，並且因為 NASA 的量測指出火星南極冰蓋的昇華增加，以致一些新聞媒體推測火星正經歷全球暖化的新聞而受到越來越多人感興趣。
火星極冠
火星有兩個永久性的極冠。在極區的冬天，極冠沉浸在持續的黑暗中，使得表面冷卻，並導致大氣中25－30%的二氧化碳凝華在表面成為板狀的固態二氧化碳（乾冰）。當極區再次曝露在陽光下，冰凍的CO會昇華 。這種季節性的行動運輸大量的塵埃和水蒸氣，產生類似地球的霜凍和巨大的卷雲。機會號在2004年曾經拍攝到水冰的雲。
火星成分
火星上广泛分布着层状堆积的沉积物，这些沉积物可能由沉积岩和硬度较差或未固结沉积物组成。在水手谷内几处峡谷中以及阿拉伯高地和子午线高原的大型陨石坑内（如见亨利撞击坑），分布着较厚的沉积堆积层，可能还包括北部低地中的大部分沉积物（如北方大平原地层）。“机遇号”火星探测车就降落在一处含有交错层（主要是风成）砂岩的区域（伯恩斯地层），埃伯斯瓦尔德撞击坑和其他地方也存在河流三角洲沉积。地质摄影证据表明，南部高地的许多陨石坑以及陨坑间的低洼地带含有诺亚纪年代的湖泊沉积物。
火星
火星（；天文符號：♂），是離太陽第四近的行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，为太陽系里四顆類地行星之一。西方稱火星為瑪爾斯，是羅馬神話中的戰神，所以在英语中，火星是罗马战神的意思，通常被称为“红色星球”；古漢語中則因为它荧荧如火，位置、亮度時常變動讓人無法捉摸而稱之為熒惑。火星是太陽系的八大行星中第二小的行星，其質量、體積仅比水星略大。火星的直徑約為地球的一半，自轉軸傾角、自轉週期則與地球相當，但繞太陽公轉周期是地球的兩倍。在地球上，火星肉眼可見，亮度可達-2.91，只比金星、月球和太陽暗，但在大部分時間裡比木星暗。火星距離地球最近在5400万公里（最遠達4億公里，探測器需飛行約7個月抵達火星）。
火星矿石资源
火星表面有大量证据表明，过去湿润的气候，在今天冻结为地下冰；因而，很有可能通过撞击加热建立了热液体系。美国宇航局的火星奥德赛号从轨道上使用伽马射线光谱仪实际测量了冰的分布。在过去，大量的水可能在裂缝中循环并沉积出了新的矿物，在来自火星的陨石中发现了这种称为热液蚀变的作用。2011年2月发表的一项研究，详细介绍了在一颗火星辉橄无球粒陨石矿脉中发现的粘土矿物、蛇纹石和碳酸盐。凤凰号着陆器降落时的火箭引擎喷流实际暴露了一层冰，并看到了冰的融化（冰升华后消失）.
火星
中国古人認為火星在位置及亮度上都常變不定，故稱為「熒惑」，在星占學上象徵殘、疾、喪、飢、兵等惡象。「熒惑守心」是火星留守在心宿（天蠍座）的天文現象，心宿主要有三顆星，中間這顆最亮，代表皇帝，旁邊的兩顆代表太子、庶子。熒惑守心是很罕見的天象，被認為最不祥，可能出現兩種結果一是皇帝駕崩，或是宰相下台。西漢成帝綏和二年（前7年），天文台觀測到了熒惑守心，宰相翟方進被漢成帝賜了毒酒自殺。翟方進死沒幾天，漢成帝突然暴斃，王莽後來稱帝，翟方進之子翟義起兵反王莽。
火星成分
虽然天体生物学家和地球化学家对火星上可能存在碳酸盐非常关注，但几乎没有证据表明火星表面存在大量碳酸盐沉积物。2008年夏，凤凰号火星着陆器上的热释气分析仪（TEGA）和湿化学实验室（WCL）测试发现了3-5%（重量百分比）的方解石 (CaCO) 和碱性土。2010年，勇气号火星探测车的分析也确认了古瑟夫撞击坑内哥伦比亚丘陵的露头富含碳酸镁铁（16-34 wt%）。碳酸镁铁很可能是在与诺亚纪火山活动有关的中性pH值水热条件下，从含碳酸盐溶液中沉淀出来的。
火星成分
目前对火星元素成分的了解大多来自轨道航天器和着陆器（详见火星探测列表），这些航天器大部分携带了光谱仪和其他仪器，通过轨道遥感或表面原位分析来测量火星表面成分。在地球上也发现了许多陨石形式的实际火星样本，火星陨石（通常简称为“SNC”—辉玻无粒陨石（Shergottites）、辉橄无粒陨石（Nakhlites）和纯橄无球陨石（Chassignites），已证明最初起源于火星的陨石群）提供了火星地壳和内部化学成分的数据，除非通过实地采样返回任务，否则无法获得这些数据。 依据这些数据来源，科学家认为火星地壳中最丰富的化学元素是硅、氧、铁、镁、铝、钙和钾，这些元素是构成火成岩矿物的主要成分。而钛、铬、锰、硫、磷、钠和氯等元素含量较少，但仍是岩石中许多副矿物以及尘埃和土壤（表岩屑）中次生矿物（风化产物）的重要组成部分。2017年9月5日，科学家报告说，好奇号探测车在火星上探测到硼，硼是地球生命的基本成分。这一发现和之前有关古代火星上可能存在水的发现，进一步支持了火星盖尔撞击坑早期可能的宜居性。
火星成分
氢以水（HO）冰和水合矿物的形式存在；碳在大气中以二氧化碳（CO）的形式出现，有时以干冰存在于两极，还有数量未知的碳被储存在碳酸盐岩中；分子氮（N）只占大气的2.7%。据目前所知，除了在大气层中检测到微量甲烷外，火星上尚不存在有机化合物。2014年12月16日，美国宇航局报告说，好奇号探测车在火星大气层中探测到“十倍峰值”的甲烷含量，可能只是局部现象。“20个月内进行了十几次”样本测量的结果显示，2013年末和2014年初甲烷含量有所增加，平均“大气中甲烷含量为十亿分之七”，在此前后，平均读数约只为该水平的十分之一。
火星氣候
火星表面的熱慣性極低，這代表火星受到太陽照射時可以快速加熱。一般狀況下火星日間溫度不定，除了極區溫度約100 K。地球上的風經常在熱慣性快速變化的地方形成，例如海洋和陸地交界。火星上沒有海洋，但土壤的熱慣性會變化，造成類似地球上海風和陸風的風。Antares 計畫中的「火星小尺度天氣」（Mars Small-Scale Weather, MSW）項目於最近確定在火星全球氣候模型中一些次要的缺陷，這是因為「土壤對於火星地表的加熱是重要的，所以土壤的資料必須相當準確」。這些缺點被修正並可進行更準確的評估，但仍依賴舊火星氣候模型預測在未來會遇到問題。
火星间歇泉
火星间歇泉(Martian geysers)或CO喷流，是推测火星南极地区在春季解冻期间发生小规模气体和尘埃喷发的地点。“黑色沙丘斑点”和“蜘蛛”或蜘蛛状 –为这类喷发所形成的两种最明显地表特征。
火星天文學
從火星上看，地球是和金星一樣的一顆內行星 (是一顆"晨星"或"昏星")。以裸眼看地球和月球與恆星相似，但是用望遠鏡可以看見眉月形和一些表面的細節。
火星成分
火星勘测轨道飞行器上的紧凑型火星侦察成像光谱仪在雅庇吉亚区惠更斯陨击坑边缘的陨坑中发现了碳酸盐（碳酸钙或碳酸铁），发生在坑壁上的撞击暴露了惠更斯陨击坑形成时撞击翻搅出的物质。这些矿物表明火星曾经拥有较厚的二氧化碳大气层和丰富的水分，因为碳酸盐只有在存在大量水的情况下才会形成。此前，该仪器曾探测到粘土矿物，而现在又在这些粘土矿物附近找到了碳酸盐。这两种矿物质都形成于潮湿环境中，据推测，数十亿年前的火星更温暖湿润。那时，碳酸盐可能是由水和富含二氧化碳的大气所形成，之后碳酸盐沉积物可能被掩埋。现在，二次撞击暴露了这些矿物。地球上也分布有大量石灰岩形式的碳酸盐沉积物。
火星区域列表
美国地质调查局将火星表面划分为30个四边形区域（quadrangle）。每个区域都以当地特征来命名，同时冠以“MC”（Mars Chart的简写，意为“火星图”）的前缀进行编号。
HiWish计划
火星上许多地方都有沙丘，沙丘被季节性二氧化碳霜冻覆盖，这种霜冻于初秋形成，一直持续到晚春。很多火星沙丘与陆地沙丘非常相似，但火星勘测轨道器高分辨率成像科学设备获得的图像表明，火星北极地区的沙丘会受到季节性二氧化碳升华引发的颗粒流的改变，这是地球上从未见过的过程。许多沙丘呈黑色，因为它们来源于黑色火山岩玄武岩。地外沙海，例如在火星上发现的沙海，被称为“undae”-来自拉丁语“波浪”。
火星氣候
在之前數個火星年中，火星的南極（南極高原）已經有所改變。1999年火星全球探勘者號拍攝到了火星南極冰凍二氧化碳上的坑洞。因為這些坑洞的形狀和方向，那些坑洞就是所謂的瑞士干酪特征地形。2001年的影像中再次發現坑洞，並且比之前更大，大約在一個火星年中變化了 3 公尺。
火星生命
火星1号是1962年发射到火星的第一艘太空飞船，但在前往途中失去联系。1971年至1972年，通过火星2号和火星3号，获得了火星有关地表岩石性质、土壤表面密度海拔剖面图、导热系数等信息并探测到火星表面的热异常。该项目发现火星北极冠层的温度低于−110摄氏度(华氏-166度）且大气层中的水蒸气含量低于地球五千倍，没有发现任何生命的迹象。 水手4号探测器实现了人类对火星的首次成功飞越，并于1965年返回了第一张火星表面照片，揭示了一颗没有河流、海洋或任何生命迹象的干涸星球。此外，它还显示地表（至少它所拍摄的部分）上布满陨石坑，表明近40亿年来缺乏任何形式的板块构造和风化作用。探测器还发现，火星没有全球磁场来保护行星免受可能危及生命的宇宙射线影响。该探测器计算出火星上的大气压约为0.6 千帕（地球的气压为101.3千帕），这意味着火星表面不可能存在液态水。水手4号之后，对火星生命的探索变成了对类似细菌的活有机体，而非多细胞生物体的搜寻，因为对它们来说环境显然太过恶劣。
暗坡条纹
暗坡条纹（Dark slope streaks）是一系列狭长的崩塌般特征，常见于火星赤道地区尘埃覆盖的斜坡上。它们形成于相对陡峭的地势，例如悬崖和陨石坑坑壁上。虽然在20世纪70年代末的海盗号轨道飞行器拍摄图像中已被首次发现， 但直到20世纪90年代末和21世纪初的火星全球探勘者号（MGS）和火星勘测轨道飞行器（MRO）提供了更高分辨率的图像，暗坡条纹才开始被进行详细的研究。
地形软化
地形软化（terrain softening）在火星南北纬30度以上地区的地貌外观与赤道附近的截然不同。软化的地形缺少赤道附近所看到的尖峭峰脊，而是较为平滑圆钝。这种钝化被认为是由土壤中高浓度的水冰所引起。“地形软化”一词是1986年由“史蒂夫·斯奎尔斯”（Steve Squyres）和迈克尔·卡尔（Michael Carr）在研究海盗号火星任务的图像时提出。
火星反照率特徵列表
早期天文望远镜天文学家们使用原始的设备(虽然在当时算很先进的)从很远的地方观察火星，但他们仅限于对火星表面反照率对比的研究。其实这些较亮和较暗的斑块很少与地形特征相对应，而且在多数情况下都模糊不清，反照率不同的起源是个谜。两极的浅色斑块被正确地识别为是冻结的水或二氧化碳，但数个世纪以来，在火星泛红色调下所看到的暗斑性质一直不能确定。1877年，当乔凡尼·斯基亚帕雷利开始观察火星时，他认为较暗的特征是海洋、湖泊和沼泽，并用相应的拉丁词("mare"-海，"lacus"-湖，"palu"-沼泽等)进行了命名。但几十年来，大部分天文学家一致认为火星表面缺乏大型水域。这些幽暗的特征被一些人认为是火星植被的迹象，因为它们在火星一年中会改变形状和程度。现在我们知道这是部分地区表面覆盖的浅色尘埃被风刮离，露出了较暗的地表，通常为玄武质岩石，因此它们的边界范围会随着火星表面风暴的变化而改变，随风四处飘移的尘埃，会使地貌时而变宽，时而变窄。
火星间歇泉
二氧化碳冰的季节性结霜和解冻导致了许多特征的出现，比如在冰面下有蜘蛛状裂缝或通道的黑色沙丘斑点-地面和二氧化碳冰之间蚀刻出的蜘蛛形放射状通道，使其看起来像蛛网，然后，积聚在通道内的压力喷出气体和黑色玄武质沙粒或尘埃，这些沙粒或尘埃沉积在冰面上，形成黑色的沙丘斑点。这一过程很快，在数天、数周或数月的时间里就可观察到，这种增长速度在地质学上相当罕见——尤其是在火星上。然而，蚀刻出更大的蜘蛛状通道似乎需要多年的时间，目前除了拍摄到的可见光和红外光谱图像外，尚没有有关这些特征的直接数据。
火星间歇泉
每座间歇泉特征的形式似乎取决于当地流体或气体的成分及压力、冰层厚度、下伏砾石类型、当地气候和气象条件等综合因素。间歇泉的边界似乎与地表所有其他属性(如海拔、地质结构、坡度、化学成分或热量性质)都无关；间歇泉状系统所产生的低反照率斑点、扇形结构和不规则斑块及小型状蜘蛛状放射通道网通常都与其位置有关。起初，这些斑点看起来呈灰色，后来逐渐被认为主要是玄武岩质砂粒的黑色喷射物所覆盖，中心于是变黑。并非早春观测到的所有黑斑都与蜘蛛地形有关，但神秘地形上的黑斑和条纹大多数都与稍后出现的蜘蛛有关。
尼克爾森撞擊坑 (火星)
火星上許多地方都發現了在陡坡上的暗條紋（dark slope streaks），例如撞擊坑壁。這些條紋看起來是一開始形成時是暗色，之後隨著年代變淡色。這些條紋一開始形成時有小而窄的斑點，之後開始變寬且下降數百公尺。這些條紋已經被發現圍繞個巨石等障礙物。有些觀點被提出以解釋這些暗條紋形成的原因；這些因素也包括水或者是火星上生命的滋長。主要被接受的解釋是這些暗條紋來自於覆蓋在較暗物質地層上的明亮物質薄地層山崩後露出底部暗色物質而形成。火星表面大部分區域都被塵埃覆蓋，而這些細顆粒塵埃可因為火星大氣將它們移動而覆蓋任何物體。我們對這些的了解是因為火星车上的太陽能板被塵埃覆蓋，使發電效率降低。火星車的電能多次因為塵捲風將塵埃從太陽能板吹落而恢復。沙塵暴在火星上是很常見的，尤其是在火星南半球春季開始時。火星因為軌道離心率較地球大，在南半球進入春季時和太陽距離明顯較近，因此對火星氣候會有明顯影響。而且每隔數年時間就會發生一次影響整個火星的沙塵暴。NASA 的水手9號到達火星時就因為沙塵暴而無法進行觀測。在那之後其他的全球性沙塵暴都已經被觀測到。暗色條紋在以下由火星偵察軌道器上 HiRISE 拍攝的影像中可見。
扇形地形
发表在《伊卡洛斯》杂志上的一项研究发现，在火星数万年来的气候条件下，升华造成的地下水冰消失下，形成了扇形地貌。扇形洼地被认为开始于一个小触发事件，如小型撞击、局部暗化、侵蚀或热收缩引起的裂缝。裂缝在地球上富冰地面很常见。模型预测，当地面上大量纯冰达到数十米深时，这些扇形洼地就将演化形成。因此，扇形地貌可作为表明存在大量纯冰沉积的标志。扇形地形内及其周围的冰不仅存在于地面的孔隙空间中，而且还有更多，其纯度可能高达99%，正如凤凰号任务所发现的那样火星勘测轨道飞行器上的浅层地下雷达”沙拉德“（SHARAD）在大范围区域只能检测到厚度超过10-20米的富冰层，但它在扇形地形地区发现了水冰 。
火星地理
美國地質調查局（USGS）依經緯度將火星地表分為30個四方格区（Quadrangle），緯度以0°、30°、65°分隔，經度則六或八等分，以傳統地名命名。而代號前的MC表示火星图表。下表顯示各區名稱，中央為經度0°，緯度0°，上為北。火星赤道是以它的自转确定，但火星的本初子午线是人为指定的，跟地球的一样，选择是随意的，大家约定俗成。1830-32年，德国天文学家威廉·比尔和約翰·海因里希·馮·马德勒选择一个小圆形特征作参考点以制作火星的第一张系统地图，1877年被意大利天文学家喬范尼·夏帕雷利採用作本初子午线。在1972年，水手9号测绘火星地貌後，沿着比尔和马德勒的线，兰德公司的默顿·戴维斯(Merton Davies)在他建立一个地理控点网络后提出火星精确的0.0°经线定义：是一个位于子午线湾或子午線高原的小隕石坑（稍后被称为艾里-0）。火星坐標系統有兩種，一種採用地理緯度（planetographic latitude）與西經（西經0度至360度），另一種採用地心緯度（planetocentric latitude）與東經（東經0度至360度），兩者皆由國際天文學聯合會認可使用。早期的觀測是使用前者，2002年決定未來製圖時使用後者（不過2001年MOLA製作的地圖屬於後者）。
火星
火星天氣重覆次數較高，比地球容易預測。如果一個氣象事件在一年的特定時間中發生，可提供的資料（相當稀疏）指出，很可能在下一年幾乎同一個位置再發生一次，誤差最多一個星期。2008年9月29日，鳳凰號拍下了降雪事件，是在接近鳳凰號登陸地點附近海姆達爾撞擊坑之上，高 4.5 公里的雲降雪。這次降雪在到達火星表面時就已蒸發，這現象稱為幡狀雲。火星上的风速要超過地球100倍。
火星地質
地核半徑約為火星半徑的一半，除了主要的鐵還包含15~17%的硫，較輕元素含量亦為地球的兩倍，故熔點較低，使地核部份為液態，如地球的內外核。
尼羅瑟提斯桌山群
几十年来，火星上的许多地貌特征，包括尼罗瑟提斯桌山群，都被认为含有大量的冰。这一想法被火星勘测轨道飞行器上的浅层雷达(SHARAD)所证实，勘测结果表明，舌状岩屑坡（LDA）和线状山谷沉积（LVF）都含有纯净水冰，上面覆盖着一层隔温的薄岩层 。在北半球包括尼罗瑟提斯桌山群在内的许多地方都发现了冰。
阿拉伯台地 (火星)
1997年对该地区进行的研究，更好地界定了它独特的特征。一条赤道带被注意到，其所分布的陨石坑地质龄明显小于阿拉伯高地北部和南面的诺亚高地，这被解释为是由诺亚纪时期，阿拉伯高地下方的火星低地俯冲引发的“早期弧后系统”，这种方式解释了区域性断裂模式，而行星自转不稳定原因假说并不能解释它所具有的伸展构造特征。
火星
火星地表遍佈著流水的遺跡，有些是洪水刻畫而成，有些則是降雨或地下水流動而形成，但多半年代久遠。沖蝕溝（gullies）則是另一類規模較小的地形，但形成年代十分年輕，常分布於撞擊坑壁，型態多樣。關於成因有兩派說法，一派認為是由流動的水造成，另一方則認為是凹處累積的乾冰促使了鬆軟物質滑動。 火星南北極有明顯的極冠，曾被認為是由乾冰組成，但實際上絕大部分為水冰，只有表面一層為乾冰。這層乾冰在北極約1公尺厚，在南極則約8公尺厚，是冬季時凝華而成，到夏季則再度昇華進入大氣，不過南極的乾冰並不會完全昇華。夏季仍存在的部分稱為永久極冠，而整體構造稱做極地層狀沉積（Polar Layered Deposits），和地球南極洲與格陵蘭冰層一樣為一層層的沉積構造。北極冠寬達1,100公里，厚達2公里，體積82.1萬立方公里；南極冠寬達1,400公里，最厚達3.7公里，體積約1.6百萬立方公里。兩極冰冠皆有獨特的螺旋狀凹谷，推論主要是由光照與夏季接近昇華點的溫度使溝槽兩側水冰發生差異融解和凝結而逐漸形成的。
火星水探索年表
火星表面有大片區域被冰尘混合物的厚实平坦地層所覆蓋。這些富冰地層厚達數公尺，而且這些物質的沉積可以使火星表面變平坦；但在這些沉積地區表面卻出現類似籃球表面崎嶇不平的地表特徵。這些區域撞擊坑數量較少也表示這些區域相對年輕。
行星 (占星術)
火星需要687天的時間繞著太陽軌道運行一週，在進入每一個黃道十二星座之中則必須耗費57.25天的時間。祂也是第一顆沿著地球軌道以外運行的行星，使得祂成為了第一顆不近距離沿著太陽的状况而運行之天體。火星具有兩個永久的極地冰帽。在一個極地的冬季期間，它是处于持續黑暗的状态之中，冰冷的地表連帶著導致大氣中 25–30% 之沉積形成了 CO 冰（乾冰）的厚片。
火星暖坡上的季节性流
这些特征在一年中当本地温度达到冰熔点以上时，形成于面向太阳的斜坡上。这些条纹在春季生长、夏末变宽、而后在秋季消失。由于这些特征可能涉及某种形式的水，即使这些水对生命来说可能还是太冷或太咸，但相应的区域目前仍被视为潜在的宜居住区。因此，在行星保护建议中，它们被归类为“不确定区域，被视为特殊区域”（即火星表面上地球生命可能生存的区域）。
阿拉伯台地 (火星)
这些地势极低的火山特征似乎比塔尔西斯或埃律西昂大型赫斯珀里亚纪盾状火山更古老。例如，伊甸园山口是一块不规则的方圆55×85公里、深达1.8公里的洼地（凹陷），周围是隆起的玄武岩平原。它包含了三处以弧形陡坡相连的内部洼地，这些洼地有使人联想到泻流熔岩湖的阶坡和崩塌的断层，且缺少相同直径和深度陨石坑该有的撞击起源特征（如坑口不规则、无喷发堆积物、凸起的边缘和中央峰等）。
火星海洋假说
2015年3月，科学家们表示，有证据表明，远古时期火星北半球的水量可能构成了一座约相当于地球北冰洋大小的海洋。这一发现源自从望远镜观测到的现代火星大气层中水与氘的比率与地球上这一比率的比较。据推测，火星极地沉积物中的氘含量是地球上的八倍（VSMOW-维也纳标准平均海水，水的同位素标准），表明古代火星的含水量明显更高。从地图获得的代表性大气值（七倍于维也纳标准平均海水值）并不受当地火星车测量的气候效应影响，尽管望远镜的测量值也处于 “好奇号”火星车在盖尔撞击坑测得的5–7倍的富集范围内。早在2001年，美国宇航局远紫外分光探测器对火星上层大气层中分子氢与氘比率的研究表明，原始火星上存在着丰富的水。
戈耳貢混沌
另一方面，火星表面大部分區域被一般認為是砂和冰混合物組成的厚地層覆蓋。這種富含冰的地層厚度約數公尺，並且會使火星地表變得平坦，但有些地方的地形是類似籃球表面的凹凸不平狀。在特定情形下冰將熔化，且水將流往陡坡上形成沖溝。因為這些地層上少有撞擊坑，所以是屬於較年輕的區域。一個很適合觀察這類地形的區域就是火星侦察轨道器的 HiRISE 拍攝的托勒密撞擊坑環區域。
火星天文學
火星也有極光，但因為火星沒有函蓋全球的磁場，因此不會像地球總是出現在極區。相反的，它們會出現在火星地殼磁場異常地區的附近，這是火星早期磁場的殘餘。火星極光很獨特，與太陽系中其他地區看見的都不同。它們也可能出現在人眼看不見的區域，很大的部分都分布在紫外線的範圍。
火星地質
火星全球勘測者上的熱輻射光譜儀（TES）所測，以玄武岩和安山岩來說，北方低原和南方高地安山岩較多，而南方高地近赤道的部份區域則玄武岩較多，但是有部分地表由於被沙塵覆蓋而未知下方岩性。 各探測器分析著陸地點的土壤成分：
火星地質
這三張圖皆以藍、綠、黃、紅、白表示低到高。由第一張圖可清楚看見南北地形高度的差異；第二張圖，一些撞擊盆地如伊希地平原、烏托邦平原和阿爾及爾平原為重力較高處，即質量瘤，而火山地區如塔爾西斯、埃律西昂、阿波里那山、泰瑞納山、哈德里亞卡山和安翡翠特斯山亦為高重力區（但不包括大瑟提斯高原），右邊橫向的低區是水手號峽谷；第三張圖亦可看出南北差異，只是分界和地表地形的有些許不同。另外，希臘平原等撞擊盆地為高區亦是質量瘤的現象。
火星天文學
火星有著25.19°的軌道傾角，與地球 23.44°非常接近，因此火星也像地球一樣有春天、夏天、秋天、和冬天。如同地球，南半球和北半球是相對的，當一個半球是夏天時，另一半球則是冬天。  然而，火星軌道的離心率比地球大且明顯，因此每個季節在長度上的差異也比地球更大：
薩瑞南高地
至於第二個理論，火星表面大部分區域都被認為是冰和塵埃混合的表面平坦的厚層物質覆蓋。富含冰的地層則厚達數公尺，並且會使火星表面變平滑；但該地層的表面會是類似籃球表面的凹凸地形。底下富含冰的地層可能類似冰川，而且在一定深度之下含冰的混合物可能會溶化且在陡坡上往下流，形成溝渠。因為在這些地層上很少撞擊坑，因此這些地層相對年輕。一個觀察這種地層最好的視角在以下由火星偵察軌道器的HiRISE拍攝的托勒密撞擊坑環。富含冰的地層可能是氣候變遷的結果。火星軌道和自轉軸傾斜角度的改變會造成火星上水冰的分布變化，可從北極延伸至相當於美國德克薩斯州的緯度。在特定氣候的期間，水蒸氣會離開火星兩極的冰層並且進入大氣層。水會在低緯度區域回到表面，並且以霜或者是雪和塵埃混合的狀態沉積。火星的大氣層包含了許多細顆粒塵埃。當水蒸氣在這些塵埃顆粒上凝結時，這些塵埃將會因為凝結水的外加重量掉到火星表面。當火星到達其最大的轉軸傾角或黃赤交角，在火星兩極夏季冰冠最多會有兩公分厚的冰層消失，並且因此形成的水蒸氣會在中緯度區域沉積。這種水的運動可能持續數千年，並造成可厚達10公尺的雪層。當位在地層上的冰回到大氣層後，會將塵埃留在表面，將剩下的冰與大氣層隔絕。溝渠高度和坡度的測量支持這個積雪或冰川與溝渠相關的看法。陡峭的坡會有較多的陰影可以儲存雪。較高的區域有少得多的溝渠，這是因為冰可能傾向於在較高處稀薄大氣層中昇華。
火星成分
总之，勇气号在古瑟夫平原发现了轻微风化的证据，但没有证据表明那里有过湖泊。但在哥伦比亚丘陵，有明显的证据表明存在中等程度的水蚀作用。证据包括硫酸盐、针铁矿和碳酸盐等矿物，它们只在有水的情况下才会形成。据信，古瑟夫撞击坑在很久前可能有过一座湖泊，但后来被火成物质所覆盖。所有尘埃都含有磁性成分，经鉴定为含钛磁铁矿。此外，覆盖火星表面一切的薄薄尘埃在火星所有地方都是一样的。
火星反照率特徵列表
太空探测器返回的照片，特别是1972年水手9号在火星轨道上的观测，彻底改变了对火星的科学认识，一些古典反照率特征已显过时，因为它们与探测器提供的详细图像不太一致。但根据特征位置的古典命名，许多名称现今仍被用于火星上的地形特征，例如反照率特征“阿斯克赖俄斯湖”(Ascraeus Lacus)为命名位置大致相同的火山“艾斯克雷尔斯山”提供了基础。
火星生命
一组匈牙利科学家提出，间歇泉最明显的特征，即黑色沙丘斑和蜘蛛状通道，可能是在冰盖下越冬的火星光合微生物群落。随着早春的阳光返回极地，光线穿透冰面，微生物进行光合作用并加热周边环境。通常一小袋的液态水在火星稀薄大气中会立即蒸发，而现在则被周围覆盖的冰层所困住。随着冰层的变薄，微生物呈现为灰色。当冰层完全融化后，微生物迅速干枯并变黑，周围则环绕着一圈灰色光晕。匈牙利科学家认为，即使是复杂的升华作用也不足以解释黑色沙丘斑在时空上的形成和演化。自从它们被发现以来，科幻小说作家亚瑟·查理斯·克拉克认为这些构造值得从天体生物学的角度加以研究。
火星殖民
火星并没有完整磁场。同时，火星也没有浓厚的大气层。因此，火星会接收到大量的游离辐射。载有火星辐射环境实验仪（Mars Radiation Environment Experiment）的NASA探测卫星2001火星奥德赛号曾在火星轨道探测到极高的辐射，其数值比国际空间站的高出2.5倍。火星每日平均辐射达到22毫拉德（Millirad），每年平均辐射达到0.08戈瑞。太空人在火星辐射下进行三年活动所吸收的辐射会接近NASA的安全限额。火星表面的辐射指数较低，各处的指数，视乎高度、磁场，并不一样。在地下建筑生存空间会减少人类吸收辐射（可以在现成的熔岩管建造建筑）。
地形软化
地形软化是火星中纬度地区的一系列特征之一，包括舌状岩屑坡、线状谷底沉积、同心坑沉积、纬度相关覆盖层、图案地面、粘滞流特征、弓形脊、复发性斜坡线及冲沟等，其形态和分布强烈表明火星表面存在丰富的水冰。
火星氣候
在低緯度區域主要是受到哈德里環流圈影響，本質上這和地球的信風是相同的。高緯度區域有一系列高和低氣壓區域，由所謂的斜壓壓力波主導。火星比地球寒冷而乾燥，因此被風吹入大氣層中的塵埃留在大氣層中的時間會比地球長，且沒有降水可以使塵埃落下（除了落下二氧化碳冰以外） 。下圖的氣旋是由哈伯太空望遠鏡拍攝。
火星
火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍佈，沒有穩定的液態水體。二氧化碳為主的大氣既稀薄又寒冷，沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發生。與地球相比，地質活動不活躍。
火星水探索年表
海盜號在火星表面發現許多需大量水流才能形成的地表特徵，引發了學界對火星表面是否有水的观念革命。在火星許多地方都發現了巨大的河谷，从這些河谷可看到洪水突破阻碍切出深谷，在岩床上冲刷出痕跡并一路肆虐數千公里。南半球大片區域的河谷水網顯示曾經有过降雨。一些火山的邊緣被認為是降雨冲刷暴露出的岩石，因為在夏威夷群島的火山也有類似的地形特徵。許多撞擊坑的型態看起來就像撞擊物撞入濕泥地；當撞擊坑形成時，土壤中的冰可能融化使表面變成濕泥地并在表面流動。正常情況下地表物質在撞擊後會喷出再降落，但在火星一些撞擊坑並不會在表面流動，因為周圍有許多障礙。混沌地形看起來像有大量的水流過，在較低處形成大型河道。這些水流的規模大到難以想象－可能是密西西比河流量的十倍。地下的火山活動可能曾經融化了冰層，水流大量流失后地表塌陷形成混沌地形。
HiWish计划
扇形地形在火星南北45°到60°之间的中纬度地区很常见，在北半球的乌托邦平原区和南半球的佩纽斯和安菲特里忒火山口区尤为突出。这种地形由带扇贝或荷叶边状口沿、无凸起壁垒环的浅洼地构成，通常称为“扇形洼地”或简称“扇形地形”。扇形洼地可能呈单独或聚集出现，有时似乎串联在一起。一处典型的扇形洼地显示为面向赤道的缓坡和面朝极地的峭壁，这种不对称地形可能是由于日照差异造成的。扇形洼地据认为是地下物质（可能是间隙冰）因升华消失而形成，这一过程目前可能仍在发生。
火星土壤
火星土壤（Martian soil）是在火星表面发现的细粒表岩屑，它的特性可能与地球土壤的特性有明显差异，包括因高氯酸盐的存在而产生的毒性。“火星土壤”这一术语通常指更细的表岩屑，到目前为止，还没有采集的样本被发回地球，这将是火星采样返回任务的目标，但目前已通过火星车和轨道器对火星土壤进行了远程研究。
火星的衛星
如果觀測者站在靠近火星赤道的地表上觀測夜空，他將會看見火衛一的盤面可以達到滿月時的3分之1。它角直徑在升起時為8'，而在天頂時可以達到12'。如果觀測者距離赤道越遠，火衛一將會逐漸縮小，從火星的冰帽極地是無法看見它的，因為它終年位於地平線下方。而火衛二看起來更像是一顆行星或明亮的恆星，只比地球上看見的金星稍微大一點而已，角直徑約2'。而太陽在火星夜空的角直徑為21'。雖然火星上不會出現日全食，因為衛星太小而且距離過遠無法完全遮掩太陽。不過火衛一的月全食則是相當頻繁，幾乎每天晚上都會發生。
火星氣候
當水手9號在1971年到達時，全世界都希望能看到火星表面的細節。實際上卻看到幾乎是行星尺度的沙塵暴，除了巨型火山奧林帕斯山在沙塵暴雲上方之外。該風暴持續了一個月，讓科學家了解沙塵暴在火星上相當常見。海盜號軌道探測器的觀察則發現，當全球性沙塵暴發生時，日間溫差變化大幅縮小，從50度縮小到只有10度，風速也快速改變－只在一個小時內平均風速就達到17 m/s，陣風更達到26 m/s。但是並沒有在任何位置上觀察到實際上的物質搬運，只有當塵埃落下時亮度逐漸增加和表面物質對比的下降。2001年6月26日哈伯太空望遠鏡拍攝到了希臘平原正在形成沙塵暴（右圖）。一日後該沙塵暴爆發性發生並成為全球性事件。火星軌道上探測器量測顯示該次沙塵暴減少了火星平均溫度，並且火星表面溫度上升達到30 °C。低密度的火星大氣層代表風速將達到18到22 m/s 以揚起火星表面的塵埃。但因為火星相當乾燥，不像地球的降水會使塵埃落到地面，塵埃在火星大氣中懸浮時間比地球長。在沙塵暴季節的白晝溫度4 °C 低於平均溫度。這是因為淺色塵埃因為沙塵暴覆蓋整個火星，暫時地增加了火星表面反照率。
火星氣候
火星的大氣溫度和環流每年都在變化（符合任何有大氣層行星的預期）。火星缺少海洋，而海洋在地球上是造成年間氣候變化的一個重要來源。火星全球探勘者號上的火星軌道攝影機（Mars Orbital Camera）自1999年開始連續拍攝火星表面2.5個火星年的時間，資料顯示火星天氣重覆次數較高，比地球容易預測。如果一個氣象事件在一年的特定時間中發生，可提供的資料（相當稀疏）指出，很可能在下一年幾乎同一個位置再發生一次，誤差最多一個星期。
外星人
其他天体上一些痕迹，因为幻想型错觉的缘故，常常被公众看作是外星生命的活动，如海盗1号在1976年摄得的火星塞东尼亚区的照片上，有一座形似人类面孔的山丘。这引起了相信外星生命的个人或团体的注意，有人相信这张“臉”与其他火星地表特征是火星已消失生命曾经存在的证据。天文学家卡尔·萨根在他的书《魔鬼出没的世界》中对这种观点予以了批评。类似的结构还有火星上的“笑脸”、“带王冠的脸”等等。
火星成分
对现场的观察使科学家们相信，该地区曾多次被洪水淹没，并经历过蒸发和干燥，在此过程中，硫酸盐沉积下来。硫酸盐将沉积物胶结后，赤铁矿结核通过地下水沉淀生长；一些硫酸盐形成大晶体，随后溶解，留下孔洞。有数条证据表明，在过去十亿年左右的时间里，气候干旱，但在遥远的过去，至少有一段时间，气候支持了水的存在。 好奇号火星车在盖尔撞击坑的埃俄利斯山（夏普山）附近的埃俄利斯沼地表遇到了特别有趣的岩石。2012年秋，在从布雷德伯里着陆场前往格莱内尔格的途中，勘查了“加冕”岩石（2012年8月19日）、“杰克·马蒂耶维奇”岩石（2012年9月19日）、“巴瑟斯特因莱特”（2012年9月30日）等岩石。 2012年9月27日，美国宇航局的科学家们宣布好奇号探测车发现了一条古河床的证据，表明火星上曾有过“奔腾的水流”。  2012年12月3日，美国宇航局报告说好奇号进行了第一次全面的土壤分析，揭示了火星土壤中存在水分子、硫和氯。2013年12月9日，美国宇航局报告说，根据好奇号火星车研究埃俄利斯沼的证据，盖尔撞击坑中有一座古淡水湖，可能是微生物生命宜居的环境。
金星地質
金星表面有許多讓人驚訝的地质特徵，在太阳系所有行星中，它最接近地球，并且质量也最相近，但它没有磁场和可识别的板块构造系统，大部分地表为裸露的火山基岩，部分地区覆盖着薄薄、零星的土壤层，与地球、月球和火星形成鲜明对比。金星上也分布有一些撞击坑，与地球相似，陨坑的数量远少于大部分其它的岩石行星。
火星观测历史
自19世纪70年代以来，人们就观测到了火星上的黄色云层，欧仁·米歇尔·安东尼亚第认为这些云层是被风吹起的沙子或尘埃。 20世纪20年代，测量出了火星表面温度从 -85到7摄氏度(- 121到45华氏度)。 并且大气层是干旱的，只有微量的氧气和水。 1947年，杰拉德·柯伊伯发现薄薄的火星大气层星云中含有大量的二氧化碳，大约是地球大气中二氧化碳含量的两倍。 火星反照率特征是在1960年由国际天文联会第一次正式命名。 自20世纪60年代以来，已经发射了多枚机器人航天器从运行轨道和火星表面探测火星。 这颗行星一直在地面和太空仪器大范围的电磁波谱的监视之下。 通过在地球上发现的火星陨石，实验室能够对火星的化学条件进行研究。
多边形图案地面
当火星气候与现在的气候不同时，就形成了覆盖层。行星自转轴的倾斜度或倾角变化很大。地球的倾斜变化很小，因为较大的月球稳定了地球，而火星只有两颗非常小的卫星，它们没有足够的引力来稳住火星。当火星倾斜度超过40度左右（今天为25度）时，冰就会沉积在今天存在大量覆盖层的一些地带上。
纬度相关覆盖层
覆盖层形成于火星气候与现在不同的时期 ，火星自转轴的倾斜或倾角变化很大 ，而地球的倾斜变化则很小，因为我们相当大的月球稳定了地球。火星只有两颗非常小卫星，它们没有足够的引力来稳定火星的倾斜。当火星倾斜度超过40度（今天是25度）左右时，冰就会沉积在某些纬度带上，而这些纬度带现今存在着大量的覆盖层  。
火星
由於火星位於太陽系的宜居帶，同時有更多證據證明火星曾擁有類似地球的環境，與及豐富的資源，故此火星成為各國研究的重點，其中美國及中國已有載人登陸火星的計劃，長遠在火星建立基地。以直徑、質量、表面重力來說，火星約介於地球和月球中間：火星直徑約為地球的一半、月球的兩倍，質量約為地球的九分之一、月球的九倍，表面重力約為地球的38%、月球的2.4倍。火星體積约為地球的15%，質量约為11%，表面積略小于地球陸地面積，密度則比其他三顆類地行星還要小很多。2012年8月，加利福尼亚大学洛杉矶分校的教授尹安在分析了100张来自火星勘测轨道飞行器的卫星图片后发现，火星有类似地球主要板块划分的构造特点。
南極高原 (火星)
火星南極冰帽的季節性結霜和溶霜產生了類似蜘蛛的放射狀渠道，而這些渠道因為太陽光照射造成其深度約 1 公尺。接著，昇華的乾冰（也可能是水冰）增加了內部壓力，噴出冰冷流體和由玄武岩風化後形成的暗色的泥沙混和的物質，相當類似噴泉。這樣的過程相當快速，並且觀察到在該區域的地質可能在幾天、幾星期或幾個月內變化，其變化速度不尋常地快，尤其是對火星而言。目前尚無派遣探測器登陸探測「暗色沙丘斑點」（dark dune spots）或「火星蜘蛛」（spider）區域的計畫。
火星湖泊
1965年夏天，来自火星的首幅特写照片显示了一片没有水迹象的不毛之地。然而，数十年来，随着更先进探测器使用更好的相机对该行星更多地区的成像，火星显示了过去的河谷、湖泊以及冰川和地表中存在水冰的证据。人们发现，火星气候在整个地质时期表现出巨大的变化，因为它的自转轴并不像地球那样被一颗大卫星所稳定。此外，部分研究人员认为，由于地热效应、化学成分或小行星的撞击，液态水在火星地表上可能曾存在过一段时间。本篇描述了一些可能出现过大型湖泊的地方。
火星殖民
雖然金星在成分、體積和重力方面比較接近地球，但是對外星殖民而言，火星的環境更加適合地球生命移居。探火卫星、NASA探险车收集到的数据显示，火星对人类而言并不舒适。地球大部分地方都与火星大为不同，只有南极在温度方面和火星比较接近。气压极低，二氧化碳极多（地球二氧化碳含量较低），几乎没有氧气（21%的地球空气都是氧气），重力较低，火星表面間歇性存在液態水。都是火星与地球之间的其中一些不同之处。尽管如此，部分人仍然认为，人类还是可以在火星居住的。人类若要在火星居住，就要在人造建筑当中生活。未来人类可能会亲自探索火星，不过，人类能否在火星永久居住这个问题，目前仍然没有答案。
锐蚀地形
在火星大部分区域，冰川构成了包括锐蚀地形在内的大部分可观测表面，大部分高纬度区，尤其是伊斯墨诺斯湖区，据信仍含有大量的水冰。冰很可能是过去不同气候条件下以雪的形式沉积下来的。火星的转轴倾角变化远大于地球。有时，倾角的变化使极地冰盖升华，大气将水分带到中纬度区，在那里形成降雪和堆积。地球的倾角得益于较大的月球才稳定下来，而火星的两颗卫星都很小。
火星冲沟
火星冲沟（）是在火星上发现的由狭窄流道及其相关的下坡沉积物构成的冲刷沟壑，因与地球上的冲沟相似而得名。它们最早是在火星全球探勘者号照片中发现的，普遍出现在陡峭的斜坡上，尤其是在陨石坑坑壁上。通常，每条冲沟的沟头都有一处树状的壁凹，底部有一片扇形冲积堆，还有一条连接这两道冲沟的细支沟，整体呈现为沙漏状。据估计，这些冲沟相对年轻，因为它们上面几乎没有陨石坑。在沙丘表面还发现了另一种类别的冲沟，这些沙丘冲沟被认为也非常年轻，线型沙丘冲沟现在被认为是一种重复出现的季节性特征。
表岩屑
火星被廣漠無垠的沙子與塵土覆蓋著，並且它的表面只有少數雜亂的岩石和卵石，塵土偶爾會被揚起形成行星級的沙塵暴。火星的塵土非常細緻，可以在大氣中懸浮很長的時間，使火星的天空呈現紅色。由於目前的火星大氣密度極低，因此相信沙在風中的移動是緩慢的；在過去，渠道和河谷中流動的液態水可能造成火星的表岩屑。火星研究人員現在正在研究是否地下水挖掘塑造出火星目前的表岩屑，以及存在火星上的二氧化碳水合物扮演的角色。 相信大量的水和乾冰被凍結在火星部分赤道地區的表岩屑內，以及在高緯度的表面。
火星间歇泉
间歇泉最突出的两个特征(黑色沙丘斑点和蜘蛛通道)出现在火星初春时节，位于覆盖着二氧化碳(CO或”干冰“)的沙丘地上，主要分布在沙丘山脊和斜坡上，初冬时消失。黑斑的形状常见为圆形，在斜坡上则常被拉长，有时伴有流体-可能是水-汇聚在沙丘底部的凹坑中。黑色沙丘斑点一般宽15到46米(50到150英尺)，相隔数百英尺。斑点大小不一，有的直径仅20米，但可见到的更小尺寸受到成像分辨率的限制-而这些小黑斑可生长并合并成几公里宽。
日落
因爲火星與太陽的距離比地球遠，在火星上看到日落時的太陽大小只有地球的三分之二大。雖然火星缺乏氧氣和氮氣，但是火星紅色的表土經常被強風吹佛而懸浮在火星稀薄的大氣中，至少在一些火星日所能看見的日落會比地球上的更為偏紅。一項研究發現火星的暮曙光可以持續到兩個小時以上，陽光被火星高層大氣中的塵埃反射，造成大氣中瀰漫的發光現象。
线状谷底沉积
对舌状岩屑坡和线状谷底沉积的研究表明，火星上曾发生过多次冰川活动，其中一次的冰川厚度接近一公里。这些大冰期与火星转轴倾角大幅度变化所引起的气候大变迁有关。质量较大的月球阻止了地球倾角出现巨幅摇摆，而火星的两颗卫星都很小，所以，火星会经历一个让极地冰盖照射到更多直射阳光的大周期。  在这段时期中，火星冰盖中的冰会升华，厚厚的积雪降落在中纬度地区，而在这些地区，同心坑沉积、线状山谷沉积和舌状岩屑坡都很常见。线状谷底沉积上的撞击坑分布表明，至少在某些地区曾出现过亚马逊纪
金星
由於缺乏熔岩流的伴隨，隨處可見的破火山口仍然是個謎。這顆行星只有少數的撞擊坑，顯示這顆行星表面相對的年輕，大約只有3-6億年的歷史。除了撞擊坑、山脈、山谷等在岩石行星常見的地形，金星表面有一些獨特的特徵。平頂的火山地形稱為Farra，看起來像薄煎餅，大小的範圍從20至50公里，高度從100至1000公尺；輻射狀、星形的地形系統，稱為"novae"；有著類似蜘蛛網的輻射狀和同心斷裂外觀的，稱為蛛網膜地形（arachnoid）；"coronae"是有著同心圓環的凹地；這些都是火山地形。
火星大氣層
火星的雲不像地球那麼多又較厚實，由於冷、乾、氣壓低，火星的雲通常不多且薄，有些是水冰構成，有些是乾冰構成，如果參雜沙塵則由白色變成黃色的黃雲，另外一些常見的雲，如塔爾西斯和埃律西昂的山雲、哈伯太空望遠鏡中常見的赤道雲、火星邊緣的藍色雲靄等。
格奥尔·卡尔·弗里德里希·库诺夫斯基
如同他前面的威廉·赫歇尔，库诺夫斯基也认为火星上所看到的斑块是它的表面特征而不是云朵或其他瞬态特征，这与约翰·希罗尼穆斯·施罗特等观察者得出的结论正相反。