desno|mini|250x250px|Mars (Rosetta 2007.) mini|Povijest vode na Marsu. Brojevi označavaju milijarde godina u prošlosti. Marsova klima je stoljećima bila tema znanstvenih istraživanja, dijelom i zato što je to jedini stjenoviti planet čiju površinu je moguće izravno detaljno promatrati sa Zemlje uz pomoć teleskopa.
Iako je Mars manji od Zemlje, posjeduje 11% Zemljine mase i 50% je dalje od Sunca od Zemlje, njegova klima ima važne sličnosti, poput prisutnosti polarnih ledenih kapa, promjena godišnjih doba i vidljivih vremenskih obilježja. Privukao je kontinuirano proučavanje planetologa i klimatologa. Iako Marsova klima ima sličnosti sa Zemljinom, uključujući periodično ledeno doba, postoje i važne razlike, poput mnogo niže toplinske inercije. Marsova atmosfera ima veću visinu homogene atmosfere koja iznosi otprilike 11 km, 60% veću od one na Zemlji. Klima je od velike važnosti za pitanje je li život prisutan ili je bio prisutan na planetu. Klima je nakratko dobila više zanimanja za vijesti zbog NASA-inih mjerenja koja su ukazala na povećanu sublimaciju jedne bliske polarne regije što je dovelo do popularnih nagađanja da je Mars prolazio kroz globalno zatopljenje, iako se prosječna temperatura Marsa zapravo pala tijekom posljednjih desetljeća, a same polarne kape rastu.
Mars su proučavali zemaljski instrumenti od 17. stoljeća, ali tek od početka istraživanja Marsa sredinom 1960-ih bilo je moguće promatranje iz blizine. Preleti i orbitalne letjelice pružile su podatke odozgo, dok su sletači i roveri izravno mjerili atmosferske uvjete. Napredni orbitalni instrumenti oko Zemlje i dalje pružaju korisna promatranja relativno velikih vremenskih pojava.
Prva misija upućena na Mars bila je Mariner 4, koja je stigla 1965. Taj brzi dvodnevni prelet (14. – 15. srpnja 1965.) sa slabim instrumentima malo je pridonijela stanju znanja o marsovskoj klimi. Kasnije misije iz programa Mariner (Mariner 6, Mariner 7, Mariner 9) popunile su neke praznine u osnovnim klimatskim informacijama. Klimatske studije temeljene na podacima započele su ozbiljno s sletačima programa Viking 1975. godine i nastavljaju se sondama poput Mars Reconnaissance Orbitera.
Ovo je promatračko djelo dopunjeno vrstom znanstvene računalne simulacije nazvane Marsov opći model cirkulacije (Mars General Circulation Model, MGCM). Nekoliko različitih revizija MGCM-a dovelo je do povećanog razumijevanja Marsa kao i ograničenja takvih modela.
Povijesna promatranja klime Giacomo Maraldi utvrdio je 1704. da južna polarna kapa nije usredotočena na rotacijski pol Marsa. Tijekom opozicije 1719. godine, Maraldi je primijetio i polarne kape i vremensku varijabilnost u njihovom opsegu.
William Herschel prvi je utvrdio nisku gustoću marsovske atmosfere u svom radu iz 1784. godine pod naslovom O izvanrednim pojavama u polarnim područjima na planetu Mars, nagibu svoje osi, položaju polova i sferoidnom obliku; s nekoliko nagovještaja koji se odnose na njegov stvarni promjer i atmosferu. Kada se činilo da je Mars prolazio pored dvije slabe zvijezde bez utjecaja na njihovu svjetlost, Herschel je točno zaključio da to znači da je oko Marsa malo atmosfere koja bi ometala njihovo svjetlo.
Otkriće "žutih oblaka" na površini Marsa Honorea Flaugerguesa 1809. godine prvo je poznato opažanje Marsovih pješčanih oluja. Flaugergues je također primijetio 1813. značajno opadanje leda na polovima tijekom marsovskog proljeća. Njegova se spekulacija da je Mars topliji od Zemlje pokazala netočnom.
Marsova paleoklimatologija
Za Marsovsko geološko vrijeme danas se koriste dva sustava za datiranje. Jedan se temelji na gustoći kratera i ima tri epohe: noahijska, hesperijanska i amazonska. Drugi je mineraloški vremenski slijed, koji također ima tri dobi: filocij, teijikij i siderik.
Nedavna promatranja i modeliranje daju informacije ne samo o sadašnjoj klimi i atmosferskim uvjetima na Marsu već i o njegovoj prošlosti. Za marsovsku atmosferu noahijske epohe već se dugo teoretiziralo da je tada dominirao ugljični dioksid. Nedavna spektralna promatranja ležišta glinenih minerala na Marsu i modeliranje uvjeta stvaranja glinenih minerala otkrila su da u glini toga doba ima malo ili nimalo karbonata. Stvaranje gline u okolišu bogatom ugljičnim dioksidom uvijek prati stvaranje karbonata, iako se karbonat kasnije može otopiti vulkanskom kiselošću.
Otkriće minerala stvorenih uz prisustvo vode na Marsu, uključujući hematit i jarozit, koje je otkrio rover Opportunity i getita kojeg je otkrio rover Spirit, dovelo je do zaključka da su klimatski uvjeti u davnoj prošlosti omogućavali tekuću vodu na Marsu. Morfologija nekih udarnih kratera na Marsu ukazuje da je tlo bilo mokro u trenutku udara. Geomorfna promatranja kako stope erozije krajolika i mreža marsovskih dolina također snažno impliciraju toplije i vlažnije uvjete na Marsu iz noahijske epohe (prije otprilike prije četiri milijarde godina). Međutim, kemijska analiza uzoraka marsovskih meteorita sugerira da je temperatura okoliša na površini Marsa najvjerojatnije bila ispod 0 °C tijekom posljednjih četiri milijarde godina.
Neki znanstvenici tvrde da je velika masa vulkana Tharsis imala velik utjecaj na klimu Marsa. Erumptirajući vulkani daju velike količine plina, uglavnom vodene pare i CO2. Vulkani su možda oslobodili dovoljno plina da ranija marsovska atmosfera postane gušća od Zemljine. Vulkani su također mogli emitirati dovoljno H2O da pokriju cijelu Marsovu površinu do dubine od 120 m. Ugljični dioksid je staklenički plin koji podiže temperaturu planeta: zarobljava toplinu upijajući infracrveno zračenje. Tako su vulkani Tharsis ispuštanjem CO2 mogli u prošlosti Mars učiniti sličnijim Zemlji. Možda je Mars nekada imao puno gušću i topliju atmosferu, a možda su bili prisutni i oceani ili jezera.Hartmann, W. 2003. A Traveler's Guide to Mars. Workman Publishing. NY NY. Međutim, pokazalo se izuzetno teškim napraviti uvjerljive globalne klimatske modele za Mars koji proizvode temperature iznad 0 °C u bilo kojem trenutku svoje povijesti, iako to može jednostavno odražavati probleme u preciznoj kalibraciji takvih modela.
Dokazi o geološki nedavnom, ekstremnom ledenom dobu na Marsu objavljeni su 2016. godine. Prije samo 370 000 godina, planet bi izgledao više bijelo nego crveno.
Vrijeme desno|mini|Marsovski jutarnji oblaci (Viking Orbiter 1, 1976.) Temperatura i cirkulacija Marsa variraju svake marsovske godine (kao što se očekuje za bilo koji planet s atmosferom i nagibom osi). Marsu nedostaju oceani, izvor mnogih međugodišnjih varijacija na Zemlji. Podaci Mars Orbiter kamere, koji obuhvaćaju 2,5 marsovske godine. pokazuju da je Marsovsko vrijeme sklonije ponavljanju i stoga je više predvidljivo nego Zemljino. Ako se događaj dogodi u određeno doba godine u jednoj godini, dostupni podaci (rijetki kakvi jesu) ukazuju na to da je prilično vjerojatno da će se sljedeća godina ponoviti na gotovo istom mjestu, dati ili uzeti tjedan dana.
Od formacija kondenzacijske prirode na Marsu se nalazi magla. Često stoji iznad nizina, kanjona, dolina i na dnu kratera po hladnom vremenu.
Snijeg je na Marsu primijećen mnogo puta.Tako je u zimu 1979. na području slijetanja Vikinga 2 pao tanak sloj snijega, koji je ostao na površini nekoliko mjeseci.
Dne 29. rujna 2008., sletač Phoenix otkrio je snijeg koji pada iz oblaka 4.5 kilometara iznad mjesta slijetanja u blizini kratera Heimdal. Oborine su isparile prije nego što su došle do tla; taj se fenomen zove virga.
Oblaci desno|okvir|Animacija ledenih oblaka iznad Phoenixovog mjesta slijetanja tijekom 10 minuta (29. kolovoza 2008.) Marsove pješčane oluje mogu izbaciti fine čestice u atmosferu oko kojih se mogu stvoriti oblaci. Ti se oblaci mogu stvarati vrlo visoko do 100 km iznad planeta. Prve slike Marsa koje je poslao Mariner 4 pokazale su vidljive oblake u gornjoj atmosferi Marsa. Oblaci su vrlo tanki i može se vidjeti samo kako odražavaju sunčevu svjetlost naspram tame noćnog neba. U tom pogledu izgledaju slično mezosfernim oblacima, poznatim i kao noćni svijetleći oblaci na Zemlji, koji se javljaju oko 80 km iznad našeg planeta.
Temperatura Mjerenja Marsove temperature prethodila su svemirskom dobu. Međutim, rani instrumenti i tehnike radio astronomije dale su sirove, različite rezultate. Rane svemirske letjelice koje su prošle pokraj Marsa (Mariner 4) i kasniji orbiteri koristili su radio okultaciju za obavljanje aeronomije. Pomoću kemijskog sastava koji je već utvrđen pomoću spektroskopije, moguće je odrediti temperaturu i tlak. Unatoč tome, nastale su "snimke" vremena na određenom području, u određeno vrijeme. Orbiteri tada povećavaju broj radiotransekata. Kasnije misije, počevši s Marinerom 6 i 7, te sovjetski Mars 2 i 3, su nosili infracrveni detektor za mjerenje energije zračenja. Mariner 9 je prvi donio infracrveni radiometar i spektrometar u Marsovu orbitu 1971. godine, zajedno s ostalim instrumentima i radio odašiljačem. Uslijedili su Viking 1 i 2, s infracrvenim termalnim maperima (IRTM).
Zabilježene su različite vrijednosti in situ za prosječnu temperaturu na Marsu, a zajednička vrijednost je −63 °C (210 K; -81 °F). Površinske temperature mogu doseći visokih oko 20 °C (293 K; 68 °F) u podne, na ekvatoru, a najniža temperatura od oko −153 °C (120 K; −243 °F) na polovima. Stvarna mjerenja temperature na lokalitetu slijetanja sletača Viking kreću se od −17.2 °C (256,0 K; 1.0 °F) do −107 °C (166 K; −161 °F). Najtoplija temperatura tla koju je procijenio Viking Orbiter je bila 27 °C (300 K; 81 °F).James E. Tillman Mars – Temperature Overview Rover Spirit je zabilježio maksimalnu dnevnu temperaturu zraka u hladu od 35 °C (308 K; 95 °F) i redovito bilježio temperature znatno iznad 0 °C (273 K; 32° F), osim zimi.
Izvješteno je da "Na temelju podataka o temperaturi zraka tijekom noći, svako proučavano sjeverno proljeće i rano sjeverno ljeto je bilo identično unutar razine eksperimentalne pogreške (unutar ± 1 °C) ", ali da" dnevni podaci, međutim, upućuju na nešto drugačiju priču, s temperaturama koje variraju iz godine u godinu i do 6 °C u ovom godišnjem dobu. Ova razlika u danu i noći je neočekivana i nerazumljiva". U južnom proljeću i ljetu varijancom dominiraju prašine koje povećavaju vrijednost noćne niske temperature i smanjuju dnevnu vršnu temperaturu.William Sheehan, The Planet Mars: A History of Observation and Discovery, Chapter 13 (available on the web ) To rezultira malim (20 °C) smanjenje prosječne površinske temperature i umjereno (30 °C) porast temperature gornjih slojeva atmosfere.
Prije i nakon Vikinga, sa Zemlje su pomoću mikrovalne spektroskopije određene nove, naprednije marsovske temperature. Kako je mikrovalna zraka, manja od 1 kutne minute, veća od diska planeta, rezultati su globalni prosjeci. Kasnije, Spektrometar toplinskih emisija (Thermal Emission Spectrometer, TES) na Mars Global Surveyoru i u manjoj mjeri THEMIS na orbiteru 2001 Mars Odyssey nisu mogli reproducirati samo infracrvena mjerenja, već međusobno uspoređivati podatke sletača, rovera i podataka sa Zemlje. Mars Climate Sounder Mars Reconnaissance Orbitera na sličan način može napraviti atmosferske profile. Skupovi podataka "sugeriraju općenito hladnije atmosferske temperature i niže opterećenje prašinom posljednjih desetljeća na Marsu nego tijekom misije Viking", iako su podaci o Vikingu prethodno revidirani prema dolje. Podaci TES-a pokazuju "Mnogo hladnije (10-20 K) globalne atmosferske temperature zabilježene su tijekom 1997. u odnosu na razdoblja perihela 1977." i "da je globalna Marsova atmosfera hladnija tijekom afela, manje prašnjava i zagrnutija nego što je utvrđeno utvrđenom klimatologijom, "opet, uzimajući u obzir revizije Wilsona i Richardsona Vikingovih podataka.