漫游火星世界
火星是一颗红色的星球，它在众星之间缓慢地穿行，有时顺行，有时又逆行，亮度常常发生变化，最暗的时候星等约为＋1．5等，最亮的时候比天狼星还亮得多，令人迷惑，所以，中国古代称为“荧惑”。
火星是一颗很具传奇色彩的行星，有着许多令人神往的故事，然而，它并不像人们想象的那样美好。在干燥的火星表面上遍地都是红色的土壤和岩石。由于不断受到风沙作用，火星表面到处可以看到沙丘和类似河床的地形。
这种河床地形分布在南半球及赤道附近，表明了距今大约30亿年前火星上曾有过像地球上一样的河川，有水流动。
火星表面满目荒凉，是赤色的不毛之地。大气中的微尘使天空呈现橙红色，火星的红色之谜一直困扰着人们。通过对火星泥土的分析，原来火星土壤中含有大量氧化铁，由于长期受紫外线的照射，铁就生成了一层红色和黄色的氧化物。夸张一点说，整个火星就像是一个生了锈的世界。
火星离太阳最近时只有2．065亿千米，最远时为2．491亿千米；绕太阳公转轨道的偏心率为0．09。在八大行星中，火星的偏心率最大，其公转轨道为椭圆形。火星的轨道半长径约为1．52个天文距离单位，它绕太阳公转一周要686．98日，差不多比地球的一年长一倍；自转周期为24小时37分23秒，其一天的长度几乎和地球相同。火星的自转轴也有一个25°的倾角，与地球的23．5°差不多。所以，火星上也有四季变化，每季长度约相当于地球上两个季节的长度。
火星在椭圆轨道上运行时，与地球的距离有较大的变化。火星与地球的会合周期是779．87天，即大约每隔两年两个月，火星接近地球一次。当地球和火星运行到太阳的同一侧，并差不多排列在一条直线时，称为火星冲日。
冲日前后火星与地球的距离是最为接近的，但每次的距离又各不相同，在5570万千米至12000万千米之间变化。由于火星的椭圆轨道偏心率较大，每隔15—17年就有一次与地球相距特别近的冲，称为大冲，那时是人们观测火星的最佳时刻。
荒凉的火星世界
火星的赤道半径是3332千米，仅有地球半径的一半，它的体积只有地球的1／7，质量为地球的1／9，表面重力加速度为地球的2／5。在火星上，以每秒5千米的速度抛出的物体就能脱离火星。由于火星上物体的脱离速度小，火星难以束缚住许多大气分子，因而火星大气非常稀薄。火星大气的主要成分是二氧化碳，大约占95％，其余是氮、氩、一氧化碳、氧、臭氧和氢，水汽的数量比较少，平均约为大气总量的0．01％。表面大气压为7．5百帕，相当于地球30—40千米高处的大气压。
火星上受到的太阳辐射只有地球上受到的40％，因此火星的表面温度比地球要低30℃以上，昼夜温差超过100℃。在火星赤道附近，中午的温度也只升到20℃左右，晚上又下降到－50℃以下；在两极地区的夏季气温只有－70℃，冬季可下降到－139℃。望远镜发明以后，17世纪，荷兰学者惠更斯发现火星的南北两极都有白色的极冠，其大小随着季节不同而变化。当北半球是冬天时，北极冠增大；此时南半球是夏天，南极冠减小。当北半球到了夏天，北极冠的面积也随之缩减，和地球上的冰雪在夏季融化的情况一样。
100多年前，意大利天文学家乔·斯基亚巴雷利在观测了1877年火星大冲后称，他在望远镜中观测到火星表面有几百条“河流”样的黑暗条纹，并发表了手绘的火面图。在将意大利文的“河流”翻译成英文时，被译成了“运河”。在以后的几十年内，观察火星表面的“运河”成了火星研究的重要课题。20世纪50年代，前苏联有位天文学家从颜色变化上认为火星表面一些地区的光谱从地球上高寒地带某些植物的分光特征相似，从而推论火星上有耐寒植物。这些都曾使科学幻想作家的思维插上了翅膀。在他们的笔下，栩栩如生的怪物——“火星人”跃然纸上。
为了看清火星的真面目，1962年以来，美国和前苏联先后发射了15个火星探测器，其中美国发射了8个，前苏联发射了7个，对火星进行了就近观察、就近探测和实验，取得了许多珍贵的科学成果。
1965年7月14日，美国的“水手4号”飞掠火星，第一次实现了人类就近一瞥红色近邻的夙愿。“水手4号”在离火星9600千米处拍摄了22幅电视图片。它发回来的图片显示出火星表面分布有许多环形山、火山和沙漠。
1969年飞临火星的“水手6号”和“水手7号”不仅把地貌电视图片扩大到全球表面的10％，还用紫外分光仪器和红外分光仪器设备分析了火星的大气成分和表面结构。1971年发射的“水手9号”于11月进入环绕火星的轨道，成为火星的人造火星卫星，在环绕火星的轨道上观察火星及其卫星。1975年8月和9月，美国的“海盗1号”和“海盗2号”相继上天。它们的主要任务是探索火星上的生命之谜。
从1962年11月至1973年8月前苏联共发射了7个“火星号”探测器，并依次编号为“火星1号”“火星2号”“火星5号”等。“火星号”探测器的主要任务是探测火星及其周围空间以及行星际空间。“火星2号”曾把刻有前苏联国徽图案的金属片投掷在火星表面；“火星3号”放出着陆舱，首次实现在火星表面软着陆；“火星2号”“火星3号”和“火星5号”都先后进入环绕火星的轨道，成为火星的人造卫星。
火星探测器发回的探测结果表明，火星随季节变化的极冠既有水冰，又有干冰（固体二氧化碳）。北极冠大部分由水冰构成，南极冠则是由冻结了的二氧化碳构成。据估计，极冠中大约保存有大气中20％的二氧化碳，而保存的水则比大气中的要多得多。极冠中的水冰，如果全部融化并均匀分布在火星表面，就会形成一个10米厚的水层。
火星大气中常有一种形状像黄云的尘暴。局部的尘暴经常出现，大的尘暴在地球上用望远镜可观测到；特别大的尘暴（如1971年的尘暴）能笼罩火星全球，并持续数月之久。尘暴是由火星低层大气中卷着尘粒的大风构成的。据估计，每次大尘暴覆盖在火星南半球的尘埃达近千吨之多。
火星表面的75％都布满了沙漠，成分是硅酸盐、褐铁矿等铁氧化物，所以远远看去，火星是一个橙红和棕红的世界。火星的表面被划分成两个截然不同的半球，被一个大约倾斜于赤道30°的大圆所分开。大圆的南部半个球面崎岖不平，且布满环形山；最大的环形山直径约为1600千米，某些地区环形山的密度可以和月面相比；大圆的北部半个球面比较平坦，但也是满目荒芜，石块、沙丘和酷寒的山峰装点着它的表面。火星上还有一些火山和峡谷。最大的火山是一座称为“奥林匹斯之雪”的火山，其底部的直径约500千米，火山口的直径也有72千米，大约有25000米高，几乎是珠穆朗玛峰的3倍。
“水手9号”发现了火星上最大的峡谷——水手谷，峡谷绵延5000多千米，宽200千米，比周围地面低6—7千米，谷壁十分陡峭，它比地球上最大的峡谷——科罗拉多河峡谷（长46千米、深约1．8千米）大得多。火星表面不存在液态水，但探测到数千条干涸的河床，最长的达1500千米，宽约60千米。
火星上主要的大河床分布在赤道地区，是由比熔岩流更少粘带性的液体造成的，说明火星从前曾有过水，美国“海盗号”探测器选择了生命存在可能性最大的地方着陆，对采取的土样进行实验和分析，结果表明火星表面上存在生命的可能性非常微小。
火星是一个冷酷的、没有生命的世界。它的内部构造与地球相似，有核、幔和壳。核中含有硫，几乎全部的铁都成了硫化铁。核的半径约1300—2000千米。外壳由大量硅和铝及少量镁等所形成的较轻的岩石组成，厚约50千米。
干涸的火星
1877年，意大利天文学家斯基帕雷利在对火星进行观测时，发现火星上有许多纵横交错的暗线条，在进一步观测过程中还发现它们似乎还有季节性变化。消息传开之后，立即引起了极大的轰动。许多人认为它们是火星上的运河，是“火星人”为灌溉土地而特地开挖的。在长达一个多世纪里，都有很多人相信火星上有生命和大量的水。
观测表明，火星上确实存在水，只是水量比地球上要少得多。如果把火星大气中所含的水蒸气全部凝结成水，并把这水平均覆盖在表面上，这层水薄膜的厚度大致是1／100毫米。火星大气中也飘浮着云，云的主要成分是水和二氧化碳。
火星大气很稀薄，气压只有7．5百帕，大体相当于地球高空30—40千米处的大气压。在这种环境中，水在0℃就会沸腾，变为蒸汽逃逸掉。火星赤道附近的最高温度可以达到20℃左右，那里有可能短时间内存在液态的水。火星表面的水主要集中在两极地区，那里常年的温度都在0℃以下，极夜最低温度可以下降到零下139℃，不用说水早已结成冰，就连二氧化碳也会凝结而成为干冰。两极极冠在极大时，可以一直扩展到纬度60度左右的地区，说明它们含有一定量的水，把这水平均铺在火星表面上的话，水层可有10米厚。
可以肯定水也会储存在火星表面以下各层中。在纬度高于45度的地区，表面以下的地层终年都是非常寒冷的，会形成冰层，类似于地球两极地区的永冻层。1973年，美国科学家发现，在赤道附近的“太阳湖”地区，日落后气温下降得比周围地区慢，夜间气温则显得略高。数年后，“海盗号”探测器发现这片地区上空大气中的水蒸气含量，也比别的地方要多。有科学家认为，这片区域的地下可能存在着一个有着一定温度的液态底下水水库。