История наблюдения Марса — это история зарегистрированных наблюдений за планетой Марс . Некоторые из ранних записей наблюдений Марса относятся к эпохе древнеегипетских астрономов во 2-м тысячелетии до н. э . Китайские записи о движениях Марса появились до основания династии Чжоу (1045 г. до н. э.). Подробные наблюдения за положением Марса были сделаны вавилонскими астрономами , которые разработали арифметические методы для предсказания будущего положения планеты. Древнегреческие философы и эллинистические астрономы разработали геоцентрическую модель для объяснения движений планеты. Измерения углового диаметра Марса можно найти в древнегреческих и индийских текстах. В 16 веке Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель для Солнечной системы , в которой планеты следуют по круговым орбитам вокруг Солнца . Она была пересмотрена Иоганном Кеплером , в результате чего для Марса была получена эллиптическая орбита , которая более точно соответствовала данным наблюдений.
Первое телескопическое наблюдение Марса было проведено Галилео Галилеем в 1610 году. В течение столетия астрономы обнаружили на планете отчетливые особенности альбедо , включая темное пятно Большой Сирт и полярные ледяные шапки . Они смогли определить период вращения планеты и наклон оси . Эти наблюдения в основном проводились в те промежутки времени, когда планета находилась в оппозиции к Солнцу, в эти моменты Марс совершал свои самые близкие сближения с Землей. Более совершенные телескопы, разработанные в начале 19 века, позволили подробно картировать постоянные особенности альбедо Марса. Первая грубая карта Марса была опубликована в 1840 году, за ней последовали более точные карты с 1877 года. Когда астрономы ошибочно подумали, что они обнаружили спектроскопическую сигнатуру воды в марсианской атмосфере, идея о жизни на Марсе стала популярной среди общественности. Персиваль Лоуэлл считал, что он мог видеть сеть искусственных каналов на Марсе . [1] Позднее выяснилось, что эти линейные особенности являются оптической иллюзией , а атмосфера оказалась слишком тонкой, чтобы поддерживать среду, подобную земной .
Желтые облака на Марсе наблюдались с 1870-х годов, и Эжен М. Антониади предположил, что это был переносимый ветром песок или пыль. В 1920-х годах был измерен диапазон температур поверхности Марса; он варьировался от −85 до 7 °C (от −121 до 45 °F). Было обнаружено, что атмосфера планеты была сухой, с лишь следовыми количествами кислорода и воды. В 1947 году Джерард Койпер показал, что тонкая марсианская атмосфера содержала обширное количество углекислого газа ; примерно вдвое больше, чем в атмосфере Земли. Первая стандартная номенклатура для характеристик альбедо Марса была принята в 1960 году Международным астрономическим союзом . С 1960-х годов для исследования Марса с орбиты и поверхности было отправлено несколько автоматических космических аппаратов . Планета по-прежнему находится под наблюдением наземных и космических приборов в широком диапазоне электромагнитного спектра . Обнаружение на Земле метеоритов марсианского происхождения позволило провести лабораторное исследование химических условий на планете.
Существование Марса как блуждающего объекта на ночном небе было зафиксировано древнеегипетскими астрономами . Ко 2-му тысячелетию до н. э. они были знакомы с явным ретроградным движением планеты, при котором она, по-видимому, движется по небу в противоположном направлении от своего обычного движения. [2] Марс был изображен на потолке гробницы Сети I , на потолке Рамессеума [3] и на звездной карте Сененмута . Последняя является старейшей известной звездной картой, датируемой 1534 годом до н. э. на основе положения планет. [2]
К периоду Нововавилонской империи вавилонские астрономы проводили систематические наблюдения за положением и поведением планет. Например, для Марса они знали, что планета совершает 37 синодических периодов , или 42 оборота по зодиаку, каждые 79 лет. Вавилоняне изобрели арифметические методы для внесения небольших поправок в предсказанные положения планет. Этот метод был в первую очередь получен из измерений времени — например, когда Марс поднимался над горизонтом, а не из менее точно известного положения планеты на небесной сфере . [ 4] [5]
Китайские записи о появлении и движении Марса появились до основания династии Чжоу (1045 г. до н. э.), а во времена династии Цинь (221 г. до н. э.) астрономы вели подробные записи о планетарных соединениях, включая соединения Марса. Покрытия Марса Венерой были отмечены в 368, 375 и 405 гг. н. э. [6] Период и движение орбиты планеты были известны в деталях во время династии Тан (618 г. н. э.). [7] [8] [9]
Ранняя астрономия Древней Греции находилась под влиянием знаний, переданных из месопотамской культуры. Так, вавилоняне связывали Марс с Нергалом , их богом войны и эпидемий, а греки связывали планету со своим богом войны Аресом . [10] В этот период движения планет мало интересовали греков; в « Трудах и днях » Гесиода ( ок. 650 г. до н. э.) планеты не упоминаются. [11]
Греки использовали слово planēton для обозначения семи небесных тел, которые двигались относительно фоновых звезд, и они придерживались геоцентрической точки зрения, что эти тела движутся вокруг Земли . В своей работе «Государство» (X.616E–617B) греческий философ Платон предоставил старейшее известное утверждение, определяющее порядок планет в греческой астрономической традиции. Его список, в порядке от самых близких к самым удаленным от Земли, был следующим: Луна, Солнце, Венера, Меркурий , Марс, Юпитер , Сатурн и неподвижные звезды. В своем диалоге «Тимей» Платон предположил, что движение этих объектов по небу зависит от их расстояния, так что самые удаленные объекты движутся медленнее всего. [12]
Аристотель , ученик Платона, наблюдал затмение Марса Луной 4 мая 357 г. до н. э. [13] Из этого он сделал вывод, что Марс должен находиться дальше от Земли, чем Луна. Он отметил, что другие подобные затмения звезд и планет наблюдались египтянами и вавилонянами. [14] [15] [16] Аристотель использовал эти наблюдательные данные для подтверждения греческой последовательности планет. [17] Его работа De Caelo представила модель Вселенной, в которой Солнце, Луна и планеты вращаются вокруг Земли на фиксированных расстояниях. Более сложная версия геоцентрической модели была разработана греческим астрономом Гиппархом , когда он предположил, что Марс движется по круговой траектории, называемой эпициклом , которая, в свою очередь, вращается вокруг Земли по большей окружности, называемой деферентом . [ 18] [19]
В Римском Египте во II веке н. э. Клавдий Птолемей (Птолемей) попытался решить проблему орбитального движения Марса. Наблюдения за Марсом показали, что планета, по-видимому, двигалась на 40% быстрее по одной стороне своей орбиты, чем по другой, что противоречило аристотелевской модели равномерного движения. Птолемей модифицировал модель планетарного движения, добавив точку, смещенную относительно центра круговой орбиты планеты, вокруг которой планета движется с равномерной скоростью вращения . Он предположил, что порядок планет по мере увеличения расстояния был следующим: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн и неподвижные звезды. [20] Модель Птолемея и его коллективная работа по астрономии были представлены в многотомном сборнике «Альмагест» , который стал авторитетным трактатом по западной астрономии на следующие четырнадцать столетий. [19]
В 1543 году Николай Коперник опубликовал гелиоцентрическую модель в своей работе De revolutionibus orbium coelestium . Этот подход поместил Землю на орбиту вокруг Солнца между круговыми орбитами Венеры и Марса. Его модель успешно объяснила, почему планеты Марс, Юпитер и Сатурн находились на противоположной стороне неба от Солнца, когда они находились в середине своих ретроградных движений. Коперник смог отсортировать планеты в их правильном гелиоцентрическом порядке, основываясь исключительно на периоде их орбит вокруг Солнца. [21] Его теория постепенно получила признание среди европейских астрономов, особенно после публикации Прутских таблиц немецким астрономом Эразмом Рейнхольдом в 1551 году, которые были рассчитаны с использованием модели Коперника. [22]
13 октября 1590 года немецкий астроном Михаэль Мейстлин наблюдал покрытие Марса Венерой. [23] Один из его учеников, Иоганн Кеплер , быстро стал приверженцем системы Коперника. После завершения своего образования Кеплер стал помощником датского дворянина и астронома Тихо Браге . Получив доступ к подробным наблюдениям Марса Тихо, Кеплер приступил к математической сборке замены Прутовым таблицам. После многочисленных неудачных попыток вписать движение Марса в круговую орбиту, как того требует коперниканство, он преуспел в сопоставлении наблюдений Тихо, предположив, что орбита была эллипсом , а Солнце находилось в одном из фокусов . Его модель легла в основу законов движения планет Кеплера , которые были опубликованы в его многотомном труде «Epitome Astronomiae Copernicanae» («Краткое изложение астрономии Коперника») между 1615 и 1621 годами. [24]
При самом близком сближении угловой размер Марса составляет 25 угловых секунд (единица градуса ); это слишком мало для того, чтобы невооруженным глазом его можно было различить . Следовательно, до изобретения телескопа о планете ничего не было известно, кроме ее красного оттенка и положения на небе. [25] Итальянский ученый Галилео Галилей был первым человеком, который, как известно, использовал телескоп для проведения астрономических наблюдений. Его записи показывают, что он начал наблюдать Марс через телескоп в сентябре 1610 года. [26] Этот инструмент был слишком примитивным, чтобы отображать какие-либо детали поверхности планеты, [27] поэтому он поставил себе цель увидеть, демонстрирует ли Марс фазы частичной темноты, подобные Венере или Луне . Хотя он был не уверен в своем успехе, к декабрю он заметил, что Марс уменьшился в угловом размере. [26] Польскому астроному Иоганну Гевелию удалось наблюдать фазу Марса в 1645 году. [28]
В 1644 году итальянский иезуит Даниэлло Бартоли сообщил о наблюдении двух более темных пятен на Марсе. Во время противостояний 1651, 1653 и 1655 годов, когда планета максимально приближалась к Земле, итальянский астроном Джованни Баттиста Риччоли и его ученик Франческо Мария Гримальди отметили пятна различной отражательной способности на Марсе. [27] Первым человеком, нарисовавшим карту Марса, на которой были показаны особенности рельефа, был голландский астроном Христиан Гюйгенс . 28 ноября 1659 года он сделал иллюстрацию Марса, на которой была показана отчетливая темная область, ныне известная как Syrtis Major Planum , и, возможно, одна из полярных ледяных шапок . [29] В том же году ему удалось измерить период вращения планеты, дав ему значение приблизительно 24 часа. [28] Он сделал грубую оценку диаметра Марса, предположив, что он составляет около 60% от размера Земли, что хорошо сопоставимо с современным значением 53%. [30] Возможно, первое определенное упоминание о южной полярной ледяной шапке Марса было сделано итальянским астрономом Джованни Доменико Кассини в 1666 году. В том же году он использовал наблюдения за поверхностными отметинами на Марсе, чтобы определить период вращения 24 ч 40 мин . Это отличается от принятого в настоящее время значения менее чем на три минуты. В 1672 году Гюйгенс заметил размытую белую шапку на северном полюсе. [31]
После того, как Кассини стал первым директором Парижской обсерватории в 1671 году, он занялся проблемой физического масштаба Солнечной системы. Относительный размер планетарных орбит был известен из третьего закона Кеплера , поэтому требовался фактический размер одной из планетных орбит. Для этой цели положение Марса измерялось относительно фоновых звезд из разных точек на Земле, тем самым измеряя суточный параллакс планеты. В течение этого года планета проходила мимо точки на своей орбите, где она была ближе всего к Солнцу ( перигелийное противостояние), что делало это особенно близким сближением с Землей. Кассини и Жан Пикар определили положение Марса из Парижа , в то время как французский астроном Жан Рише проводил измерения из Кайенны , Южная Америка . Хотя эти наблюдения были затруднены качеством инструментов, параллакс, вычисленный Кассини, находился в пределах 10% от правильного значения. [32] [33] Английский астроном Джон Флемстид предпринял аналогичные попытки измерений и получил схожие результаты. [34]
В 1704 году итальянский астроном Жак Филипп Маральди «провел систематическое исследование южной шапки и заметил, что она претерпевала» изменения по мере вращения планеты. Это указывало на то, что шапка не была центрирована на полюсе. Он заметил, что размер шапки менялся со временем. [27] [35] Британский астроном немецкого происхождения сэр Уильям Гершель начал проводить наблюдения за планетой Марс в 1777 году, в частности за полярными шапками планеты. В 1781 году он заметил, что южная шапка казалась «чрезвычайно большой», что он приписал тому, что полюс был в темноте в течение последних двенадцати месяцев. К 1784 году южная шапка казалась намного меньше, тем самым предполагая, что шапки меняются в зависимости от сезонов планеты и, таким образом, состоят изо льда. В 1781 году он оценил период вращения Марса в 24 ч 39 мин 21,67 с и измерил осевой наклон полюсов планеты к плоскости орбиты как 28,5°. Он отметил, что у Марса была «значительная, но умеренная атмосфера, так что его обитатели, вероятно, наслаждаются ситуацией во многих отношениях похожей на нашу». [35] [36] [37] [38] Между 1796 и 1809 годами французский астроном Оноре Фложерг заметил затемнения Марса, предположив, что «вуали цвета охры» покрывали поверхность. Это может быть самым ранним сообщением о желтых облаках или штормах на Марсе. [39] [40]
В начале 19 века улучшение размера и качества оптики телескопа оказалось значительным шагом вперед в возможностях наблюдения. Наиболее заметным среди этих усовершенствований была двухкомпонентная ахроматическая линза немецкого оптика Йозефа фон Фраунгофера, которая по сути устранила кому — оптический эффект, который может искажать внешний край изображения. К 1812 году Фраунгоферу удалось создать ахроматическую объективную линзу диаметром 190 мм (7,5 дюйма). Размер этой основной линзы является основным фактором, определяющим способность собирать свет и разрешение рефракционного телескопа . [ 41] [42] Во время противостояния Марса в 1830 году немецкие астрономы Иоганн Генрих Медлер и Вильгельм Бир использовали 95-миллиметровый (3,7 дюйма) рефракционный телескоп Фраунгофера , чтобы начать обширное исследование планеты. Они выбрали объект, расположенный в 8° к югу от экватора, в качестве точки отсчета. (Позже это было названо Sinus Meridiani , и оно стало нулевым меридианом Марса.) Во время своих наблюдений они установили, что большинство особенностей поверхности Марса были постоянными, и более точно определили период вращения планеты. В 1840 году Мэдлер объединил десять лет наблюдений, чтобы нарисовать первую карту Марса. Вместо того, чтобы давать названия различным отметкам, Бир и Мэдлер просто обозначили их буквами; таким образом, залив Меридиана (Sinus Meridiani) был обозначен как « a ». [28] [42] [43]
Работая в Ватиканской обсерватории во время противостояния Марса в 1858 году, итальянский астроном Анджело Секки заметил большую синюю треугольную особенность, которую он назвал «Голубым скорпионом». Это же сезонное облакообразное образование было замечено английским астрономом Дж. Норманом Локьером в 1862 году, и его видели другие наблюдатели. [44] Во время противостояния 1862 года голландский астроном Фредерик Кайзер сделал рисунки Марса. Сравнивая свои иллюстрации с иллюстрациями Гюйгенса и английского натурфилософа Роберта Гука , он смог дополнительно уточнить период вращения Марса. Его значение 24 ч 37 м 22,6 с имеет точность до десятой доли секунды. [42] [45]
Отец Секки создал некоторые из первых цветных иллюстраций Марса в 1863 году. Он использовал имена известных исследователей для отличительных особенностей. В 1869 году он наблюдал два темных линейных объекта на поверхности, которые он назвал canali , что по-итальянски означает «каналы» или «бороздки». [46] [47] [48] В 1867 году английский астроном Ричард А. Проктор создал более подробную карту Марса на основе рисунков 1864 года английского астронома Уильяма Р. Доуса . Проктор назвал различные более светлые или более темные объекты в честь астрономов прошлого и настоящего, которые внесли свой вклад в наблюдения Марса. В то же десятилетие сопоставимые карты и номенклатура были созданы французским астрономом Камиллом Фламмарионом и английским астрономом Натаном Грином . [48]
В Лейпцигском университете в 1862–64 годах немецкий астроном Иоганн К. Ф. Цёлльнер разработал специальный фотометр для измерения отражательной способности Луны, планет и ярких звезд. Для Марса он вывел альбедо 0,27. Между 1877 и 1893 годами немецкие астрономы Густав Мюллер и Пауль Кемпф наблюдали Марс с помощью фотометра Цёлльнера. Они обнаружили небольшой фазовый коэффициент — изменение отражательной способности в зависимости от угла — указывающий на то, что поверхность Марса гладкая и без больших неровностей. [49] В 1867 году французский астроном Пьер Янссен и британский астроном Уильям Хаггинс использовали спектроскопы для исследования атмосферы Марса. Оба сравнили оптический спектр Марса со спектром Луны . Поскольку спектр последнего не отображал линий поглощения воды, они полагали, что обнаружили присутствие водяного пара в атмосфере Марса. Этот результат был подтвержден немецким астрономом Германом К. Фогелем в 1872 году и английским астрономом Эдвардом В. Маундером в 1875 году, но позже был подвергнут сомнению. [50] В 1882 году в журнале Scientific American появилась статья, в которой обсуждался снег в полярных регионах Марса и высказывались предположения о вероятности существования океанских течений. [51]
Особенно благоприятное перигелийное противостояние произошло в 1877 году. Английский астроном Дэвид Гилл использовал эту возможность для измерения суточного параллакса Марса с острова Вознесения , что привело к оценке параллакса в 8,78 ± 0,01 угловых секунд . [52] Используя этот результат, он смог более точно определить расстояние Земли от Солнца, основываясь на относительном размере орбит Марса и Земли. [53] Он отметил, что край диска Марса выглядит размытым из-за его атмосферы, что ограничивало точность, которую он мог получить для определения положения планеты. [54]
В августе 1877 года американский астроном Асаф Холл открыл два спутника Марса с помощью 660-миллиметрового (26-дюймового) телескопа в Военно-морской обсерватории США . [55] Названия двух спутников, Фобос и Деймос , были выбраны Холлом на основе предложения Генри Мадана , преподавателя естественных наук в Итонском колледже в Англии. [56]
Во время противостояния 1877 года итальянский астроном Джованни Скиапарелли использовал 22-сантиметровый (8,7 дюйма) телескоп, чтобы помочь создать первую подробную карту Марса. Эти карты, в частности, содержали особенности, которые он назвал canali , которые, как позже было показано, были оптической иллюзией . Эти canali предположительно были длинными прямыми линиями на поверхности Марса, которым он дал названия известных рек на Земле. Его термин canali был широко неправильно переведен на английский язык как canals . [57] [58] В 1886 году английский астроном Уильям Ф. Деннинг заметил, что эти линейные особенности были нерегулярными по своей природе и показывали концентрации и прерывания. К 1895 году английский астроном Эдвард Маундер убедился, что линейные особенности были просто суммой многих более мелких деталей. [59]
В своей работе 1892 года La planète Mars et ses conditions d'habitabilité Камиль Фламмарион писал о том, что эти каналы напоминают искусственные каналы, которые разумная раса могла бы использовать для перераспределения воды по умирающему марсианскому миру. Он выступал за существование таких жителей и предполагал, что они могут быть более развитыми, чем люди. [60]
Под влиянием наблюдений Скиапарелли Персиваль Лоуэлл основал обсерваторию с телескопами 30 и 45 см (12 и 18 дюймов). Обсерватория использовалась для исследования Марса во время последней хорошей возможности в 1894 году и последующих менее благоприятных противостояний. Он опубликовал книги о Марсе и жизни на планете, которые оказали большое влияние на общественность. [61] Каналы были обнаружены другими астрономами, такими как Анри Жозеф Перротен и Луи Толлон, с помощью 38-сантиметрового (15-дюймового) рефрактора в обсерватории Ниццы во Франции, одного из крупнейших телескопов того времени. [62] [ 63]
Начиная с 1901 года американский астроном А. Э. Дугласс пытался сфотографировать особенности каналов на Марсе. Эти усилия, казалось, увенчались успехом, когда американский астроном Карл О. Лампленд опубликовал фотографии предполагаемых каналов в 1905 году. [64] Хотя эти результаты были широко приняты, они стали оспариваться греческим астрономом Эженом М. Антониади , английским натуралистом Альфредом Расселом Уоллесом и другими как просто воображаемые особенности. [59] [65] Поскольку использовались более крупные телескопы, наблюдалось меньше длинных прямых каналов . Во время наблюдения в 1909 году Фламмарионом с помощью 84-сантиметрового (33-дюймового) телескопа были обнаружены нерегулярные узоры, но никаких каналов не было видно. [66]
Начиная с 1909 года Эжен Антониади смог помочь опровергнуть теорию марсианских каналов , наблюдая через большой рефрактор Мёдона , Гранд Люнетт (линза 83 см). [ 67] Триада наблюдательных факторов синергизируется; наблюдение через третий по величине рефрактор в мире, Марс находился в противостоянии, и была исключительно ясная погода. [67] Каналы растворились на глазах Антониади в различных «пятнах и кляксах» на поверхности Марса . [67]
Поверхностное затемнение, вызванное желтыми облаками, было отмечено в 1870-х годах, когда их наблюдал Скиапарелли. Доказательства наличия таких облаков были получены во время противостояний 1892 и 1907 годов. В 1909 году Антониади отметил, что присутствие желтых облаков было связано с затемнением особенностей альбедо. Он обнаружил, что Марс выглядел более желтым во время противостояний, когда планета была ближе всего к Солнцу и получала больше энергии. Он предположил, что причиной облаков был песок или пыль, переносимые ветром. [69] [70]
В 1894 году американский астроном Уильям У. Кэмпбелл обнаружил, что спектр Марса идентичен спектру Луны, что поставило под сомнение зарождающуюся теорию о том, что атмосфера Марса похожа на атмосферу Земли. Предыдущие обнаружения воды в атмосфере Марса объяснялись неблагоприятными условиями, и Кэмпбелл определил, что водяная сигнатура исходила исключительно из атмосферы Земли. Хотя он согласился с тем, что ледяные шапки действительно указывают на наличие воды в атмосфере, он не верил, что шапки были достаточно большими, чтобы позволить обнаружить водяной пар. [71] В то время результаты Кэмпбелла считались спорными и подвергались критике со стороны членов астрономического сообщества, но они были подтверждены американским астрономом Уолтером С. Адамсом в 1925 году. [72]
Балтийский немецкий астроном Герман Струве использовал наблюдаемые изменения в орбитах марсианских лун для определения гравитационного влияния сплющенной формы планеты . В 1895 году он использовал эти данные для оценки того, что экваториальный диаметр был на 1/190 больше полярного диаметра. [35] [73] В 1911 году он уточнил значение до 1/192. Этот результат был подтвержден американским метеорологом Эдгаром В. Вулардом в 1944 году. [74]
Используя вакуумную термопару, прикрепленную к 2,54-метровому (100-дюймовому) телескопу Хукера в обсерватории Маунт-Вилсон , в 1924 году американские астрономы Сет Барнс Николсон и Эдисон Петтит смогли измерить тепловую энергию, излучаемую поверхностью Марса. Они определили, что температура варьировалась от −68 °C (−90 °F) на полюсе до 7 °C (45 °F) в средней точке диска (соответствующей экватору ) . [75] Начиная с того же года, измерения излучаемой энергии Марса проводились американским физиком Уильямом Кобленцем и американским астрономом Карлом Отто Лэмплендом . Результаты показали, что ночная температура на Марсе упала до −85 °C (−121 °F), что указывает на «огромные суточные колебания» температур. [76] Температура марсианских облаков была измерена как −30 °C (−22 °F). [77] В 1926 году, измеряя спектральные линии, которые были смещены в красную сторону орбитальными движениями Марса и Земли, американский астроном Уолтер Сидней Адамс смог напрямую измерить количество кислорода и водяного пара в атмосфере Марса. Он определил, что на Марсе преобладают «экстремальные условия пустыни». [78] В 1934 году Адамс и американский астроном Теодор Данэм-младший обнаружили, что количество кислорода в атмосфере Марса составляло менее одного процента от количества на сопоставимой территории на Земле. [79]
В 1927 году голландский аспирант Киприанус Анниус ван ден Бош определил массу Марса на основе движения марсианских лун с точностью 0,2%. Этот результат был подтвержден голландским астрономом Виллемом де Ситтером и опубликован посмертно в 1938 году. [80] Используя наблюдения за околоземным астероидом Эросом с 1926 по 1945 год, немецко-американский астроном Юджин К. Рабе смог сделать независимую оценку массы Марса, а также других планет внутренней Солнечной системы , из гравитационных возмущений планеты астероида. Его предполагаемая погрешность составила 0,05%, [81], но последующие проверки показали, что его результат был плохо определен по сравнению с другими методами. [82]
В 1920-х годах французский астроном Бернар Лио использовал поляриметр для изучения свойств поверхности Луны и планет. В 1929 году он отметил, что поляризованный свет , излучаемый марсианской поверхностью, очень похож на тот, который излучается Луной, хотя он предположил, что его наблюдения можно объяснить морозом и, возможно, растительностью. Основываясь на количестве солнечного света, рассеиваемого марсианской атмосферой, он установил верхний предел в 1/15 толщины земной атмосферы. Это ограничило поверхностное давление до значения не более 2,4 кПа (24 мбар ). [83] Используя инфракрасную спектрометрию, в 1947 году голландско-американский астроном Жерар Койпер обнаружил углекислый газ в марсианской атмосфере. Он смог оценить, что количество углекислого газа на заданной площади поверхности вдвое больше, чем на Земле. Однако, поскольку он переоценил поверхностное давление на Марсе, Койпер ошибочно заключил, что ледяные шапки не могут состоять из замороженного углекислого газа. [84] В 1948 году американский метеоролог Сеймур Л. Гесс определил, что для образования тонких марсианских облаков потребуется всего 4 мм (0,16 дюйма) осадков воды и давление пара 0,1 кПа (1,0 мбар). [77]
Первая стандартная номенклатура для марсианских альбедо-характеристик была введена Международным астрономическим союзом (МАС), когда в 1960 году они приняли 128 названий с карты Антониади 1929 года под названием La Planète Mars . Рабочая группа по номенклатуре планетных систем (WGPSN) была создана МАС в 1973 году для стандартизации схемы наименования Марса и других тел. [85]
Программа международного планетарного патруля была сформирована в 1969 году как консорциум для постоянного мониторинга планетарных изменений. Эта всемирная группа сосредоточилась на наблюдении за пылевыми бурями на Марсе. Их изображения позволяют изучать марсианские сезонные закономерности в глобальном масштабе, и они показали, что большинство марсианских пылевых бурь происходят, когда планета находится ближе всего к Солнцу. [86]
С 1960-х годов роботизированные космические аппараты отправлялись для детального исследования Марса с орбиты и поверхности . Кроме того, дистанционное зондирование Марса с Земли наземными и орбитальными телескопами продолжалось в большей части электромагнитного спектра . Они включают инфракрасные наблюдения для определения состава поверхности, [87] ультрафиолетовые и субмиллиметровые наблюдения за составом атмосферы, [88] [89] и радиоизмерения скорости ветра. [90]
Космический телескоп Хаббл ( HST) использовался для проведения систематических исследований Марса [91] и сделал самые четкие снимки Марса, когда-либо сделанные с Земли. [92] Этот телескоп может делать полезные снимки планеты, когда она находится на угловом расстоянии не менее 50° от Солнца. HST может делать снимки полушария , что дает виды целых погодных систем. Наземные телескопы, оснащенные устройствами с зарядовой связью, могут делать полезные снимки Марса, что позволяет регулярно следить за погодой планеты во время противостояний. [93]
Рентгеновское излучение Марса впервые наблюдалось астрономами в 2001 году с помощью рентгеновской обсерватории Чандра , а в 2003 году было показано, что оно имеет два компонента. Первый компонент вызван рентгеновскими лучами Солнца, рассеивающимися в верхней атмосфере Марса; второй возникает из-за взаимодействия между ионами , которое приводит к обмену зарядами. [94] Излучение от последнего источника наблюдалось на расстоянии до восьми радиусов Марса орбитальной обсерваторией XMM-Newton . [95]
В 1983 году анализ группы метеоритов шерготтит , нахлит и чассиньит (SNC) показал, что они могли возникнуть на Марсе . [96] Считается, что метеорит Allan Hills 84001, обнаруженный в Антарктиде в 1984 году, возник на Марсе, но он имеет совершенно другой состав, чем группа SNC. В 1996 году было объявлено, что этот метеорит может содержать доказательства микроскопических окаменелостей марсианских бактерий . Однако это открытие остается спорным. [97] Химический анализ марсианских метеоритов, найденных на Земле, предполагает, что окружающая температура вблизи поверхности Марса, скорее всего, была ниже точки замерзания воды (0 °C) в течение большей части последних четырех миллиардов лет. [98]