火星是太陽的第四顆行星。適合紅色星球的血腥色彩，羅馬人將它命名為戰爭之神。事實上，羅馬人抄襲了古希臘人，他們也將這個星球命名為戰爭之神阿瑞斯，其他文明通常也會根據其顏色給出行星的名稱，例如，埃及人將其命名為「她的Desher」，意思是「紅色的」，而中國古代的天文學家將其稱為「火星」。
身體特徵
火星以其明亮的鏽色而聞名，因為它的風化土中含有富含鐵的礦物質，鬆散的灰塵和巖石覆蓋其表面。地球的土壤也是一種風化土，雖然其中含有有機物。根據美國宇航局的說法，鐵礦物會氧化或生鏽，導致土壤看起來變紅。
在冷，薄氣氛意味著液態水可能不能在火星表面存在的任何時間長度，稱為重複斜坡線的特徵可能會在表面上噴出鹹水，但這一證據存在爭議； 一些科學家認為，從這個區域的軌道上發現的氫可能反而表明鹽水。這意味著雖然這個沙漠行星只有地球直徑的一半，但它擁有相同數量的幹地。
紅色星球是太陽系中最高的山峰和最深，最長的山谷的所在地。奧林巴斯蒙斯大約17英裡（27公裡）高，大約是珠穆朗瑪峰的三倍，而山谷的 Valles Marineris系統，以1971年發現它的Mariner 9探測器命名，深達6英裡（10公裡）並向東西延伸約2,500英裡（4,000公裡），約為火星周圍距離的五分之一，接近澳大利亞的寬度。
科學家們認為，Valles Marineris主要是在地殼被拉伸時形成的，系統內的個別峽谷寬達60英裡（100公裡）。峽谷融合在Valles Marineris的中心區域，寬達370英裡（600公裡）。從一些峽谷的末端和層狀沉積物中出現的大通道表明峽谷可能曾經充滿了液態水。
火星也擁有太陽系中最大的火山，奧林巴斯蒙斯就是其中之一。這座巨大的火山直徑約370英裡（600公裡），足以覆蓋新墨西哥州。奧林巴斯蒙斯是一座盾形火山，其斜坡像夏威夷火山一樣逐漸上升，並且是在凝固之前長距離流動的熔巖噴發而形成的。火星還有許多其他類型的火山地貌，從小而陡峭的錐體到塗有硬化熔巖的巨大平原。地球上可能還會發生一些小火山爆發。
火星上遍布著河道，峽谷和溝壑，並表明近來液態水可能已經流過地球表面。有些頻道寬60英裡（100公裡），長1,200英裡（2,000公裡）。 水可能仍然存在於地下巖石的裂縫和孔隙中。通過在2018年科學家的一項研究表明，鹹的水下面的火星表面可能持有相當數量的氧氣，這將支持微生物的生命。但是，氧氣量取決於溫度和壓力； 隨著旋轉軸的傾斜移動，火星上的溫度會不時變化。
火星的許多地區都是平坦的低洼平原。北部平原中最低的是太陽系中最平坦，最平滑的地方，可能是由曾經流過火星表面的水造成的。北半球大多位於比南半球更低的高度，這表明北方的地殼可能比南方更薄。北方和南方之間的這種差異可能是由於火星誕生後不久產生了非常大的影響。
火星上的隕石坑數量因地而異，取決於表面的年齡。南半球的大部分地表都非常古老，許多隕石坑也是如此，包括地球上最大的，1400英裡寬（2,300公裡）的Hellas Planitia而北半球的隕石坑更年輕，因此隕石坑更少。一些火山也有一些隕石坑，這表明它們最近爆發了，最後的熔巖覆蓋了任何古老的隕石坑。一些隕石坑周圍有不尋常的碎片沉積物，類似於凝固的逆流，可能表明撞擊者撞擊地下水或冰。
2018年，歐洲航天局的火星快車太空船探測到冰冷的Planum Australe下面的水和穀物泥漿。（有些報導將其描述為「湖泊」，但尚不清楚水中有多少地下水。）據說這個水域大約12.4英裡（20公裡）。它的地下位置讓人想起南極洲類似的地下湖泊，這些湖泊已經被發現可以容納微生物。今年晚些時候，火星快車還在紅色星球的科羅廖夫火山口發現了一個冰冷的巨大區域。
極地帽
看似精細分層的水冰和塵埃堆積的巨大沉積物從極地延伸到兩個半球的大約80度的緯度。這些可能是在很長一段時間內通過大氣沉積的，在這兩個半球的大部分層狀沉積物之上是全年保持冷凍的水冰蓋。
冬季會出現額外的季節性霜凍，它們由固體二氧化碳製成，也稱為「乾冰」，它是從大氣中的二氧化碳氣體中冷凝而來的。在冬季的最深處，這種霜可以從極地延伸到緯度低至45度，或者在赤道的中途。該乾冰層似乎有一個質地蓬鬆，像新雪，根據地球物理學研究雜誌，行星的報告。
氣候
火星比地球更冷，很大程度上是因為它與太陽的距離更遠的平均溫度為約零下80華氏度（零下60攝氏度），雖然它可以從負195°F（零下125℃）的磁極附近的冬季期間改變多達在赤道附近中午70°F（20℃） 。
火星富含二氧化碳的大氣層的平均密度也比地球大約低100倍，但它的厚度足以支撐天氣，雲和風。由於冬季迫使二氧化碳從火星空氣中凍結，因此大氣密度隨季節而變化。在古代，大氣層可能更厚，能夠支撐水面上的水流。隨著時間的推移，火星大氣層中較輕的分子在太陽風的壓力下逃逸，這影響了大氣，因為火星沒有全球磁場。美國宇航局的MAVEN（火星大氣和揮發性進化）任務正在研究這一過程。
美國宇航局的火星偵察軌道器發現了第一個確定的二氧化碳雪雲探測器，使火星成為太陽系中唯一能夠承受這種不尋常冬季天氣的物體，紅色星球也會導致水冰雪從雲層中落下。
火星上的沙塵暴是太陽系中最大的沙塵暴，能夠覆蓋整個紅色星球並持續數月。關於為什麼沙塵暴在火星上如此大的原因的一個理論是因為空氣中的塵埃粒子吸收了太陽光，使附近的火星大氣變暖。溫暖的空氣袋然後流向較冷的區域，產生風。強風將更多的灰塵從地面上升起，從而加熱大氣，增加風力並吸收更多灰塵。
軌道特徵
與地球一樣，火星的軸線相對於太陽傾斜。這意味著像地球一樣，落在紅色星球某些部分的太陽光量在一年中會有很大差異，從而給火星帶來季節。然而，火星經歷的季節比地球更為極端，因為紅色星球圍繞太陽的橢圓形橢圓形軌道比其他任何主要行星都更加拉長。當火星最接近太陽時，它的南半球向太陽傾斜，給它一個短暫的，非常炎熱的夏天，而北半球則經歷一個短暫寒冷的冬天。當火星離太陽最遠時，北半球向太陽傾斜，給它一個漫長而溫和的夏天，而南半球經歷一個漫長而寒冷的冬天。
紅色行星軸的傾斜隨著時間的推移而劇烈波動，因為它沒有被大型月球穩定，例如地球。這導致了整個歷史上火星表面的不同氣候。2017年的一項研究表明，傾斜度的變化也會影響 甲烷釋放 到火星大氣中，導致暫時變暖，導致水流動。
有關火星軌道的事實：
與太陽的平均距離：141,633,260英裡（227,936,640公裡）。相比之下：地球的1.524倍。
近日點（最近）：128,400,000英裡（206,600,000公裡）。相比之下：地球的1.404倍。
Aphelion（最遠）：154,900,000英裡（249,200,000公裡）。相比之下：地球的1.638倍。
組成和結構
大氣成分（按體積計）
據美國國家航空航天局稱，火星大氣中二氧化碳含量為95.32％，氮含量為2.7％，氬含量為1.6％，氧含量為0.13％，一氧化碳含量為0.08％，含少量水，氮氧化物，氖，氫 - 氘 - 氧，氪和氙。
磁場
火星目前沒有全球磁場，但其地殼區域的磁化強度至少比地球上測得的強度高10倍，這表明這些區域是古代全球磁場的殘餘物。
化學成分
火星可能有一個由鐵，鎳和硫組成的堅固核心。火星的地幔可能與地球相似，因為它主要由橄欖巖組成，橄欖巖主要由矽，氧，鐵和鎂組成。地殼可能主要由火山巖玄武巖構成，這種玄武巖在地球和月球的地殼中也很常見，雖然一些地殼巖石，特別是在北半球，可能是一種安山巖，一種含有更多的火山巖。二氧化矽比玄武巖。
內部結構
科學家認為，平均而言，火星核心直徑在1,800到2,400英裡（3,000和4,000公裡），其地幔寬約900至1,200英裡（5,400至7,200公裡），地殼約30英裡（50公裡）厚。
火星的衛星
美國天文學家Asaph Hall在1877年的一周內發現了火星，火衛一和Deimos 的兩個衛星。霍爾幾乎放棄了對火星衛星的搜尋，但他的妻子安吉麗娜卻催促他。他在第二天晚上發現了Deimos，並在那之後六天發現了Phobos。在希臘戰爭神阿瑞斯波波斯的兒子意味著「恐懼」之後，他命名為衛星，而Deimos則意為「潰敗」。
Phobos和Deimos顯然都是由富含碳的巖石與冰混合而成，並被灰塵和鬆散的巖石覆蓋。它們在地球的月球旁邊很小，並且形狀不規則，因為它們缺乏足夠的重力以將自己拉成更圓形的形狀。最寬的火衛是大約17英裡（27公裡），而最寬的Deimos大約是9英裡（15公裡）。
這兩個衛星都被來自流星撞擊的隕石坑麻痺。Phobos的表面也有一個錯綜複雜的凹槽圖案，這可能是在撞擊產生月球最大的隕石坑後形成的裂縫 - 一個大約6英裡（10公裡）寬的洞，或幾乎是Phobos寬度的一半。他們總是向火星展示同樣的面孔，就像我們的月亮對地球一樣。
仍然不確定Phobos和Deimos是如何誕生的。它們可能是由火星的引力捕獲的小行星，或者它們可能是在行星形成的同時在火星軌道上形成的。根據義大利帕多瓦大學的天文學家的說法，從火衛一反射的紫外線提供了強有力的證據，證明月球是一顆被捕獲的小行星。
火衛一逐漸向火星方向盤旋，每個世紀距離紅色星球約6英尺（1.8米）。在5000萬年內，火衛一將砸入火星或分裂並在地球周圍形成一團碎片。
研究與探索
第一個用望遠鏡觀察火星的人是伽利略·伽利萊。在接下來的一個世紀裡，天文學家發現了這顆行星的極地冰帽。在19世紀和20世紀，研究人員認為他們在火星上看到了一條長而直的運河網絡，暗示了可能的文明，儘管後來這些被證明是對他們看到的黑暗區域的錯誤解釋。
許多火星巖石已經落到了地球表面，為科學家提供了一個難得的機會來研究火星巖石，而不必離開我們的星球。其中最具爭議的發現之一是Allan Hills 84001（ALH 84001）一種火星隕石，據說在1996年含有令人想起小化石的形狀。該發現在當時引起了很多媒體的關注，但隨後的研究駁回了這一想法。該聲明在2016年宣布成立20周年之際仍在進行，在2018年，一項獨立的隕石研究發現，有機分子，生命的基石，雖然不一定是生命本身，可能是通過類似電池的化學反應在火星上形成的。
機器人宇宙飛船在20世紀60年代開始觀測火星，美國於1964年發射了水手4號，1969年發射了水手6號和7號。任務顯示火星是一個貧瘠的世界，沒有任何人們在那裡想像的生命或文明的跡象。1971年，水手9號繞著火星運行，映射了大約80％的地球，發現了它的火山和峽谷。
蘇聯在20世紀60年代和70年代初期也發射了許多太空船，但大多數飛行失敗了。火星2（1971）和火星3（1971）成功運行，但由於沙塵暴無法繪製地表。美國宇航局的Viking 1 著陸器於1976年降落在火星表面，這是第一次成功登陸紅色星球。著陸器拍攝了火星表面的第一張特寫圖片，但沒有發現生命的有力證據。
成功到達火星的下兩艘飛機是火星探測器，著陸器和火星全球探測器，一種軌道飛行器，都是在1996年發射的。一個名為Sojourner的小型機器人，名為 Sojourner，是第一個探索另一個星球表面的輪式探測器，冒險在地球表面分析巖石。
2001年，NASA發射了火星奧德賽探測器，探測到火星表面下方的大量水冰，大部分位於3英尺（1米）高處。仍然不確定是否有更多的水位於下方，因為探測器不能更深地看到水。
2003年，火星比過去6萬年的任何時候都更接近地球。同年，美國國家航空航天局（NASA）發射了兩個綽號為精神和機遇的探測器 ，探測了火星表面的不同區域。兩個探測器都發現了水一旦流過地球表面的跡象。
2008年，美國宇航局派出另一個任務鳳凰號登陸火星北部平原，尋找成功的水。
2011年，美國宇航局的火星科學實驗室任務派出了火星好奇號火星探測器，研究火星巖石並確定造成它們的地質過程。特派團的調查結果是紅色星球表面的第一顆隕石。火星車在地表發現了複雜的有機分子，以及大氣中甲烷濃度的季節性波動。
美國宇航局還有另外兩個在地球上工作的軌道探測器，火星勘測軌道器和MAVEN（火星大氣和揮發性進化）。歐洲航天局（ESA）也有兩個環繞地球的太空飛行器： Mars Express 和Trace Gas Orbiter。
2014年9月，印度的火星軌道飛行任務也到達紅色星球，成為第四個成功進入火星軌道的國家。
2018年11月，NASA向地面發送了一個名為Mars InSight的固定著陸器。InSight將通過挖掘地下探測器來檢查地球的地質活動。
美國國家航空航天局計劃推出一個名為「火星2020」的好奇號的繼任漫遊者任務。這項任務將尋找古老的生命跡象，並且根據其樣本看起來多麼有希望，它可以將結果「緩存」在紅色星球的安全點上未來的火星車要接。
歐洲航天局正在開發自己的ExoMars火星車，該火星車也應該在2020年發射，並將包括深入紅色星球的鑽探，收集大約2米（6.5英尺）深的土壤樣本。
失去的任務
火星遠不是一個容易觸及的星球。美國宇航局，俄羅斯，歐洲航天局，中國，日本和蘇聯在探索紅色星球的過程中共同失去了許多宇宙飛船。值得注意的例子包括：
1992年 - 美國宇航局的火星觀察員
1996年 - 俄羅斯的火星96
1998年 - 美國宇航局的火星氣候軌道器，日本的Nozomi
1999年 - 美國宇航局的火星極地著陸器
2003年 - ESA的Beagle 2著陸器
2011年 - 俄羅斯的Fobus-Grunt與中國英火1號軌道飛行器一起執行福波斯
2016年 - ESA的Schiaparelli測試著陸器
未來的人類任務
機器人不是唯一獲得火星票的人。來自政府機構，學術界和工業界的科學家研討會小組已經確定，到 2030年代， 美國宇航局領導的火星載人任務應該是可能的。然而，在2017年底，川普政府指示美國宇航局在前往火星之前將人們送回月球。美國宇航局現在更專注於一個名為月球軌道平臺 - 網關的概念，該概念將成為一個月球空間站和進一步太空探索的總部。
在過去的幾十年裡，紅色星球的機器人任務取得了很大的成功，但讓人們進入火星仍然是一個相當大的挑戰。使用當前的火箭技術，人們需要幾個月才能前往火星，這意味著它們將在微重力下生存數月，這對人體具有毀滅性的影響。在微重力下數月之後，在火星上適度的重力活動可能會非常困難。關於微重力影響的研究繼續在國際空間站進行。
美國宇航局不是唯一一個擁有火星太空人希望的人。伊隆·馬斯克，SpaceX公司的創始人，概述了米 ultiple概念，把人們帶到火星。2018年11月，馬斯克將SpaceX未來的「大獵鷹火箭」重新命名為「星艦」。其他國家，包括中國和俄羅斯，也宣布了將人類送往火星的目標。