Клима Марса је вековима била предмет научних истраживања, делом и зато што је то једина стеновита планета чија се површина може директно са Земље детаљно посматрати уз помоћ телескопа.
Иако је Марс мањи од Земље, има 11% Земљине масе и 50% је удаљенији од Сунца од Земље, његова клима има важне сличности, као што су присуство поларних ледених капа, промена годишњих доба и видљиве временске карактеристике. Привукао је континуирано проучавање планетолога и климатолога. Иако марсова клима има сличности са Земљином, укључујући периодична ледена доба, постоје и важне разлике, као што је много нижа топлотна инерција. Атмосфера Марса има већу висину хомогене атмосфере која је приближно 11 km, 60% већи од оног на Земљи. Клима је од великог значаја за питање да ли је живот присутан или је био присутан на планети. Клима је накратко привукла више пажње вести због НАСА мерења која су указала на повећану сублимацију близу поларног региона што је довело до популарних спекулација да је Марс подвргнут глобалном загревању иако је просечна температура Марса заправо опала током последњих деценија, а саме поларне капе расту.
Марс је проучаван земаљским инструментима још од 17. века, али тек на почетку истраживања Марса средином 1960-их било је могуће посматрање изблиза. Прелетачи и орбитери давали су податке одозго, док су лендери и ровери директно мерили атмосферске услове. Напредни инструменти за орбиту Земље и даље пружају корисна запажања релативно великих временских догађаја.
Прва мисија на Марс била је Маринер 4, која је стигла 1965. године. Тај брзи дводневни прелет (14—15. јул 1965) са слабим инструментима мало је допринео стању знања о клими на Марсу. Касније мисије из програма Маринер (Маринер 6, Маринер 7, Маринер 9) попуниле су неке празнине у основним климатским информацијама. Климатске студије засноване на подацима почеле су озбиљно са лендерима Викинг 1975. и настављају се сондама као што је Орбитални истраживач Марса.
Овај опсервацијски рад је допуњен врстом научне компјутерске симулације која се зове Марсов модел опште циркулације (МГЦМ). Неколико различитих ревизија МГЦМ-а довело је до бољег разумевања Марса, као и ограничења таквих модела.
Историјска климатска запажања Ђакомо Маралди је 1704. установио да јужна поларна капа није усредсређена на пол ротације Марса. Током опозиције 1719. Маралди је приметио и поларне капе и временску варијабилност у њиховом обиму.
Вилхелм Хершел је први одредио ниску густину Марсове атмосфере у свом раду из 1784. под насловом О изванредним појавама у поларним областима планете Марс, нагибу њене осе, положају полова и сфероидном облику; са неколико наговештаја који се односе на његов стварни пречник и атмосферу. Када се чинило да Марс пролази поред две слабе звезде без утицаја на њихову светлост, Хершел је тачно закључио да то значи да око Марса има мало атмосфере која би ометала њихову светлост.
Откриће "жутих облака" на површини Марса од стране Онореа Флогерга 1809. било је прво познато посматрање марсовских пешчаних олуја. Флогерг је такође приметио 1813. значајно смањење леда на половима током Марсовог пролећа. Његова спекулација да је Марс топлији од Земље показала се нетачном.
Палеоклиматологија Марса Два система датирања се данас користе за марсовско геолошко време. Једна је заснована на густини кратера и има три епохе: ноакову, хесперску и амазонску. Други је минералошки временски низ, који такође има три доба: филоцијум, теијицијум и сидерик.Недавна запажања и моделирање пружају информације не само о тренутној клими и атмосферским условима на Марсу, већ ио његовој прошлости. Дуго се теоретизирало да је у атмосфери Марса Ноајеве епохе доминирао угљен-диоксид. Недавна спектрална посматрања минералних наслага глине на Марсу и моделирање услова за формирање минерала глине открила су да је глина тог доба садржавала мало или нимало карбоната. Формирање глине у срединама богатим угљен-диоксидом увек је праћено формирањем карбоната, иако се карбонат касније може растворити вулканском киселошћу.
Откриће минерала насталих присуством воде на Марсу, укључујући хематит и јарозит, које је открио ровер Оппортјунити и гетит који је открио ровер Спирит, довело је до закључка да су климатски услови у далекој прошлости дозвољавали течну воду на Марсу. Морфологија неких ударних кратера на Марсу указује да је тло било мокро у време удара. Геоморфна запажања стопа ерозије пејзажа и мреже марсовских долина такође снажно имплицирају топлије и влажније услове на Марсу од Нојеве епохе (пре око четири милијарде година). Међутим, хемијска анализа узорака марсовских метеорита сугерише да је температура околине површине Марса највероватније била испод 0 °C током последње четири милијарде година.
Неки научници тврде да је велика маса вулкана Тарсис имала велики утицај на климу Марса. Ерупција вулкана ослобађа велике количине гаса, углавном водене паре и ЦО2. Вулкани су можда ослободили довољно гаса да рану марсовску атмосферу учине гушћом од Земљине. Вулкани су такође могли да емитују довољно Х2О да покрију целу површину Марса до дубине од 120 m. Угљен-диоксид је гас стаклене баште који подиже температуру планете: задржава топлоту апсорбујући инфрацрвено зрачење. Дакле, ослобађањем ЦО2, вулкани Тарсис су могли учинити Марс сличнијим Земљи у прошлости. Можда је Марс некада имао много гушћу и топлију атмосферу, а можда су били присутни океани или језера.Hartmann, W. 2003. A Traveler's Guide to Mars. Workman Publishing. NY NY. Међутим, показало се изузетно тешким конструисати уверљиве глобалне климатске моделе за Марс који производе температуре изнад 0 °C у било ком тренутку своје историје, иако то може једноставно да одражава проблеме у тачној калибрацији таквих модела.
Докази о геолошки недавном, екстремном леденом добу на Марсу објављени су 2016. Пре само 370.000 година, планета би изгледала више бело него црвено.
Време десно|мини|Јутарњи облаци на Марсу (Викинг Орбитер 1, 1976.) Температура и циркулација Марса варирају сваке марсовске године (као што се очекује за било коју планету са атмосфером и нагибом). Марсу недостају океани, извор већег дела Земљиних међугодишњих варијација. Подаци са камере Марс Орбитер, који обухватају 2,5 марсовске године. показују да време на Марсу има тенденцију да се понавља и да је стога предвидљивије од времена на Земљи. Ако се неки догађај догоди у одређено доба године у једној години, доступни подаци (ма колико оскудни) указују на то да је врло вероватно да ће се поновити следеће године на скоро истом месту, било да је потребно недељу дана.
Магла је једна од формација кондензационе природе на Марсу. Често стоји изнад низина, кањона, долина и на дну кратера по хладном времену.
На Марсу је много пута примећен снег. Тако је у зиму 1979. године на слетиште Викинга 2 пао танак слој снега, који се на површини задржао неколико месеци.
Дана 29. септембра 2008. слетач Феникс је открио снег који пада из облака 4,5 km изнад места слетања у близини кратера Хајмдал. Падавине су испариле пре него што су стигле до земље; ова појава се зове вирга.
Облаци десно|оквир|Анимација ледених облака изнад места слетања у Фениксу у трајању од 10 минута (29. август 2008.) Марсовске пешчане олује могу да бацају фине честице у атмосферу око којих се могу формирати облаци. Ови облаци се могу формирати веома високо до 100 km изнад планете. Прве слике Марса које је послао Маринер 4 показале су видљиве облаке у горњој атмосфери Марса. Облаци су веома танки и могу се видети само како рефлектују сунчеву светлост наспрам таме ноћног неба. У том погледу, они изгледају слично мезосферским облацима, такође познатим као ноћни светлећи облаци на Земљи, који се јављају око 80. km изнад наше планете.
Температура Мерења Марсове температуре су претходила свемирском добу. Међутим, рани инструменти и технике радио астрономије дали су грубе, мешовите резултате. Рани свемирски бродови који су прошли поред Марса (Маринер 4) и каснији орбитери користили су радио окултацију за обављање аерономије. Користећи хемијски састав, који је већ одређен спектроскопијом, могуће је одредити температуру и притисак. Упркос томе, на одређеном подручју, у одређено време, настајали су „снимци“ времена. Орбитери тада повећавају број радио трансеката. Касније мисије, почевши од Маринера 6 и 7, и совјетског Марса 2 и 3, носиле су инфрацрвени детектор за мерење енергије зрачења. Маринер 9 је први увео инфрацрвени радиометар и спектрометар у орбиту Марса 1971. године, заједно са другим инструментима и радио предајником. Пратили су их Викинг 1 и 2, са инфрацрвеним термалним мапама (ИРТМ).
Забележене су различите ин ситу вредности за просечну температуру на Марсу, а заједничка вредност је −63 °C (210 K; -81 °F). Површинске температуре могу достићи и до 20с °C (293 K; 68 °F) у подне, на екватору, а најнижа температура је око -153 °C (120 K; -243 °F) на половима. Стварна мерења температуре на месту слетања Викинг лендера крећу се од -17,2 °C (256,0 K; 1.0 °F) до −107 °C (166 K; -161 °F). Најтоплија температура тла коју је измерио Викинг Орбитер била је 27 °C (300 K; 81 °F).James E. Tillman Mars – Temperature Overview Ровер Спирит је забележио максималну дневну температуру ваздуха у нијанси од 35 °C (308 K; 95 °F) и редовно забележене температуре знатно изнад 0 °C (273 K; 32 °F), осим зими.
Објављено је да су „на основу података о температури ваздуха током ноћи, свако проучавано северно пролеће и рано северно лето било идентично у оквиру нивоа експерименталне грешке (унутар ± 1 °C) „али да“ дневни подаци, међутим, сугеришу нешто другачију причу, са температурама које варирају из године у годину и до 6 °C у овој сезони. Ова разлика између дана и ноћи је неочекивана и несхватљива“. У јужном пролеће и лето у варијанси доминира прашина, која повећава вредност ноћне ниске температуре и смањује дневну вршну температуру.William Sheehan, The Planet Mars: A History of Observation and Discovery, Chapter 13 (available on the web ) Ово резултира малим (20 °C) смањење просечне површинске температуре и умерено (30 °C) пораст температуре горњих слојева атмосфере.
Пре и после Викинга, нове, напредније температуре Марса су одређене са Земље помоћу микроталасне спектроскопије. Како је микроталасни сноп, мањи од 1 лучне минуте, већи од диска планете, резултати су глобални просеци. Касније, термални емисиони спектрометар (ТЕС) на Марсов глобални геометар и у мањој мери ТХЕМИС на орбитеру Одисеја на Марсу 2001. нису могли само да репродукују инфрацрвена мерења, већ и да упоређују податке са лендера, ровера и Земље. Марсов климатски сондер из орбиталног истраживача Марса може на сличан начин направити атмосферске профиле. Скупови података „сугеришу генерално ниже атмосферске температуре и ниже оптерећење прашине на Марсу последњих деценија него током мисије Викинг“, иако су подаци Викинга претходно ревидирани наниже. ТЕС подаци показују да су „много хладније (10—20 К) глобалне атмосферске температуре забележене током 1997. године у поређењу са периодима перихела 1977. године“. и „да је глобална атмосфера Марса хладнија током афела, мање прашњава и више покривена него што сугерише успостављена климатологија“, опет, узимајући у обзир Вилсонове и Ричардсонове ревизије података о Викингу.