Історія вивчення Марса — це історико-науковий процес збору, систематизації та зіставлення даних про четверту планету Сонячної системи. Процес вивчення охоплює різні галузі знання, в тому числі астрономію, біологію, планетологію тощо.
Вступ Дослідження Марса почалося давно, ще 3,5 тисячі років тому, в Давньому Єгипті. Перші докладні звіти про стан Марса були складені вавилонськими астрономами, які розробили ряд математичних методів для передбачення положення планети. Користуючись даними єгиптян і вавилонян, давньогрецькі (елліністичні) філософи і астрономи розробили детальну геоцентричну модель для пояснення руху планет. Через кілька століть індійськими та ісламськими астрономами був оцінений розмір Марса і відстань до нього від Землі. У XVI столітті Микола Коперник запропонував геліоцентричну модель для опису Сонячної системи з круговими планетарними орбітами. Його результати були переглянуті Іоганном Кеплером, який ввів точнішу еліптичну орбіту Марса, яка збігається з тією, що спостерігається.
Перші телескопічні спостереження Марса були проведені Галілео Галілеєм в 1610 році. Протягом XVII століття астрономи виявили на планеті різні оптичні особливості, у тому числі темну пляму моря Сирт і полярні крижані шапки. Також були визначені період обертання планети і нахил її осі. Телескопічні спостереження Марса насамперед були зроблені, коли планета досягала опозиції до Сонця, тобто при найменшій відстані між Марсом і Землею.
Поліпшення якості оптики телескопів на початку XIX століття дало змогу зробити картографування постійних оптичних особливостей. Перша карта Марса була опублікована в 1840 році, а точніше картографування почалося з 1877 року. Пізніше астрономами були виявлені спектральні підпису молекул води в атмосфері Марса, через це відкриття серед широких верств населення стає популярною думка про можливість життя на Марсі. Персіваль Лоуелл вважав, що побачив на Марсі мережу штучних каналів. Ці спостереження, як потім виявилося, були оптичними ілюзіями, а атмосфера у Марса виявилася занадто тонкою і сухою для підтримки клімату земного типу.
У 1920-ті роки було виміряно діапазон температур біля марсіанської поверхні, і встановлено, що поверхня Марса перебуває в екстремальних умовах пустелі. 1947 року Джерард Койпер показав, що тонка атмосфера Марса містить великий обсяг двоокису вуглецю. Перша стандартна номенклатура оптичних особливостей Марса була прийнята в 1960 році на засіданні Міжнародного астрономічного союзу. З 1960-х років почалася відправка дистанційно керованих супутників для вивчення поверхні планети з її орбіти. У наш час Марс, як і раніше, знаходиться під спостереженням наземних і космічних інструментів, що дають змогу дослідити поверхню планети в широкому діапазоні електромагнітних хвиль. Виявлення на Землі метеоритів марсіанського походження дало змогу дослідити хімічні умови на планеті. Подальший розвиток дослідження планети пов'язаний з продовженням дослідження планети космічними апаратами та здійснення пілотованого польоту на Марс.
6 серпня 2012 року після майже дев'ятимісячного перельоту на поверхню Марса успішно приземлився марсохід «К'юріосіті»; трансляція посадки в прямому ефірі велась на сайті НАСА.
Найперші згадки
Існування Марса як блукаючого об'єкту в нічному небі було зафіксовано ще давніми Єгипетськими астрономами. До 2-го тисячоліття до нашої ери вони були знайомі з очевидно зворотнім рухом планети, який з'являється коли планета рухається по небу у напрямку, протилежному від свого нормального руху. Марс був зображений на стелі гробниці Сеті I , на стелі Рамессеума та на зоряній карті Сенмута. Остання є найстарішою відомою картою зоряного неба, яка датується 1534 р. до н. е., згідно з положенням планет.
До періоду Неовавилонської імперії Вавилонські астрономи проводили систематичні спостереження за позиціями та поведінкою планет. Про Марс вони знали, наприклад, що планета має 37 орбітальних періоди або 42 кіл зодіаку, кожні 79 років. Вавилонці винайшли арифметичні методи створювати невеликі виправлення до прогнозованих позицій планет. Ця техніка була, насамперед, отримана з точних вимірювань часу — як наприклад коли Марс піднявся вище горизонту, ніж коли менш точно відомо положення планети на небесний сфері.
Китайські записи появ і рухів Марса з'являються перед заснуванням династії Чжоу (1045 до н. е.).Та після династії Цінь (221 до н. е.) астрономи підтримують записи планетарних союзів, в тому числі і Марса. Затемнення Марса Венерою було відзначено у 368, 375 та 405 н. е. Період і рух орбіти планети був відомий в деталях під час династії Тан (618 н. е.).
На ранніх астрономів Стародавньої Греції впливали знання, передані з месопотамської культури. Таким чином, вавилоняни пов'язали Марс з Нергалом, своїм богом війни та епідемій, та греки також пов'язали цю планету зі своїм богом війни Аресом. Протягом цього періоду, рух планет був малоцікавий для греків; у праці Геосіда Роботи і дні (бл. 650 р. до н. е.) не згадується про планети.
Орбітальні моделі
Давні греки використовували слово planēton для визначення семи небесних тіл, що рухались відносно зірок, та згідно з ідеєю геоцентризму вважали, що ці тіла рухаються навколо Землі. У своїй праці «Держава», грецький філософ Платон навів найстаріші з відомих свідчення щодо порядку планет у Грецькій астрономічній традиції. У його списку, у порядку від найближчої до найвіддаленішої від Землі, були наступні тіла: Місяць, Сонце, Венера, Меркурій, Марс, Юпітер, Сатурн та нерухомі зірки. У діалогу «Тімей» Платон припустив, що рух цих об'єктів через небо залежить від їх відстані, що найвіддаленіший об'єкт рухається найповільніше.
Арістотель, учень Платона, спостерігав покриття Марса Місяцем у 365 р. до н. е. З цього він зробив висновок, що Марс має знаходитися далі від Землі, ніж Місяць. Він звернув увагу, що такі ж затемнення зірок та планет спостерігалися також Єгиптянами та Вавилонянами. Аристотель використав ці дані спостережень для підтримки грецької послідовності планет. Його праця Про небо презентувала модель всесвіту, в якому Сонце, Місяць та планети заходилися по колу навколо Землі на незмінних відстанях. Складнішу версію геоцентричної моделі розробив грецький астроном Гіппарх, у ній він запропонував, що Марс переміщається по круговій доріжці, під назвою епіцикл, що в свою чергу, рухається по більшій орбіті навколо Землі, що називається деферент.
У Римському Єгипті у II столітті нашої ери Клавдій Птолемей спробував вирішити проблему орбітального руху Марса. Спостереження Марса показали, що планета здається рухається на 40 % швидше з однієї сторони своєї орбіти ніж з іншої, що не збігалося з моделлю рівномірного руху Аристотеля. Птолемей змінив модель планетарного руху додавши точку зсуву від центру кругової орбіти планети, навколо якої планета рухається з постійною швидкістю обертання. Він припустив, що порядок планет, згідно зі зростанням дистанції, був: Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн та нерухомі зірки. Модель Птолемея та його колективна праця з астрономії була представлена в колекції багатотомної Альмагест, що стала авторитетним трактатом по Західній астрономії на наступні чотирнадцять століть. Геоцентричний рух Марса, Нова астрономія, Кеплер (1609)Сучасні протистоянняЦі малюнки відтворюють напрямок та відстань від Марса відносно до Землі (у центрі) з його протистояннями та очевидно зворотнім рухом приблизно кожні 2 роки та найближчі протистояння кожні 15-17 років через ексцентричну орбіту Марса. У V столітті нашої ери Індійський астрономічний текст Сурья Сіддханта оцінив кутовий розмір Марса у 2 кутових мінути (1/30 градуса) та його відстань до Землі становила 10 433 000 км (1 296 600 Йоджана, де Йоджана еквівалентно восьми км у Сурья Сіддханта). З цього діаметр Марса мав бути 6070 км (754,4 Йоджана), що має помилку 11 % від прийнятого нині значення 6788 км. Однак, ця оцінка була основана на неточній здогадці кутового розміру планети. На результат могла вплинути праця Птолемея, який перерахував значення у 1,57 мінути. Обидві оцінки були набагато більші за значення, отримані пізніше за допомогою телескопа.
У 1543 Миколай Коперник опублікував геліоцентричну модель у своїй праці Про обертання небесних сфер. Такий підхід поставив Землю на орбіту навколо Сонця між круговими орбітами Венери та Марса. Його модель успішно пояснювала, чому планети Марс, Юпітер та Сатурн були на протилежному боці неба від Сонця, коли вони були в середині їх ретроградних рухів. Коперник був в змозі відсортувати планети в їх правильному геліоцентричному порядку, базуючись виключно на періодичність їх обертання навколо Сонця. Його теорія поступово отримала визнання серед європейських астрономів, особливо після публікації Пруських таблиць німецьким астороном Еразмом Рейнгольдом у 1551 році, які були розраховані з використанням моделі Коперника.
У жовтні 1590 року німецький астроном Міхаель Местлін спостерігав затемнення Марса Венерою. Один з його учнів, Йоганн Кеплер, швидко став прихильником системи Коперника. Після завершення своєї освіти Кеплер став помічником данського дворянина та астронома Тихо Браге. Маючи доступ до детальних спостережень Марса Тихо Браге, Кеплер почав роботу над математичною збіркою на заміну Пруським таблицям. Після багатьох невдач поставити рух Марса на кругову орбіту відповідно до вимог Коперника, він досяг успіху у використанні досліджень Тихо, припускаючи, що орбіта є еліпс і Сонце знаходиться в одному з фокусів. Його модель стала основою для Законів Кеплера, які були опубліковані в його багатотомній праці Скорочення астрономії Коперника між 1615 та 1621 роками.
Ранні спостереження у телескоп
У своєму найближчому положенні, кутовий розмір Марса 25 кутових секунд; це занадто мало для того, щоб роздивитися неозброєним оком. Таким чином, до винайдення телескопа, нічого не було відомо про планету, крім її позиції на небі. Італійський вчений Галілео Галілей був першою відомою людиною, яка використовувала телескоп для того, щоб робити астрономічні спостереження. Його записи показують, що він почав спостереження Марса у телескоп у вересні 1610 року. Цей інструмент був занадто примітивний, щоб відобразити будь-які деталі на поверхні планети, тому він поставив за мету побачити, чи видимі фази часткової темряви схожі на Венеру або Місяць. Хоча невідомо про його успіх, все у грудні він зазначив, що Марс скоротився у кутових розмірах. Польський астроном Ян Гевелій успішно спостерігав цю фазу Марса у 1645 році.
У 1644 році італійський єзуїт Даниелло Бартолі повідомив про спостереження двох темних плям на Марсі. Під час протистоянь у 1651, 1653 та 1655 роках, коли планета проходила найближче до Землі, італійський астроном Джованні Баттіста Річчолі та його учень Франческо Марія Грімальді зазначили ділянки з різною відбивною здатністю на Марсі. Першою людиною, що намалювала карту Марса та показала особливості місцевості, був данський астроном Християн Гюйгенс. 28 листопада 1659 року він зробив малюнок Марса, який показав відмінну темну область, нині відому як Великий Сирт , та, можливо, одну з полярних льодовикових шапок. У тому ж році йому вдалося виміряти час оберту планети, приблизно 24 години. Він зробив грубу оцінку діаметра Марса, припускаючи, що він становить 60 % розміру Землі, що добре співвідноситься з сучасним значенням 53 %. Можливо, першу повну згадку про південну полярну льодовикову шапку Марса зробив італійський астроном Джованні Доменіко Кассіні у 1666 році. Цього ж року він використав спостереження відміток на поверхні Марса, щоб визначити період обертання у 24 години 40 хвилин. Це відрізняється від прийнятого нині значення менше ніж на 3 хвилини. 1672 року Гюйгенс помітив нечіткий білий ковпак на північному полюсі.