Оранжевые материки считались ровными пустынями. Горы, как полагали, есть только там, где изредка наблюдаются светлые пятнышки, — быть может, снег, выпадающий на горах. Наши представления о поверхности Марса (но не о температуре на нем, не о его безводии или атмосфере) очень изменились после пролета мимо него АМС «Маринер-4» в 1965 г. Восемь месяцев длилось ее приближение к Марсу и с расстояния 12 000 км она получила и передала на Землю 20 весьма еще несовершенных фотографий поверхности. Они охватили лишь 1 % поверхности Марса вдоль дуги, проходящей через светлые и темные области Марса, но, к изумлению астрономов, снимки показали, что и те и другие области усыпаны кольцевыми горами, кратерами подобно Луне. (Кратеры на Меркурии были обнаружены на 9 лет позднее.) В 1969 г. съемка была продолжена на пролетных космических кораблях «Маринер-6» и «Маринер-7».
В последующие годы, до конца 1974 г. были запущены несколько АМС в направлении Марса: советские «Марс-2, 3, 4, 5, 6 и 7» и американская «Маринер-9», которые стали спутниками Марса и позволили длительное время наблюдать поверхность планеты с довольно близкого расстояния, хотя этому иногда мешали пылевые бури на самом Марсе. Длящиеся месяцами, они заволакивают его поверхность, насыщая атмосферу мелкой пылью. Иногда вся атмосфера Марса в течение месяцев остается настолько запыленной, что сквозь нее видно очень мало. Существование бурь было одним из признаков присутствия атмосферы на Марсе еще до космических полетов к нему. Ведь для распространения пыли нужны ветры. Переносом песков сезонными ветрами можно в принципе объяснить сезонные и годовые изменения очертаний темных пятен Марса, давно наблюдаемые с Земли. Желтые облака пыли хорошо увязывались с представлением о том, что желтые «равнины» Марса — плоскогория, песчаные пустыни, а темные- низменности, которые, может быть, имеют влагу и растительность. Теперь установлено, что на Марсе существуют разности высот более 20 км (сходно с тем, что есть на Земле). Однако первые определения разности высот больших участков показали, что высоты и низины не совпадают с оранжевыми «пустынями» и «морями», т. е. с темными пятнами. Границы темных пятен не всегда совпадают с границами различных форм рельефа, найденных на снимках Марса с советских и американских космических аппаратов.
Среди многочисленных кратеров, найденных на снимках, более сотни имеют диаметр свыше 120 км. Кратеров меньшего размера значительно больше, но не так много, как на Луне или Меркурии. Склоны их более пологи, наклоны их чаще всего около 10°. Центральные горки и кратеры на валах редки. Все это должно быть следствием эрозии в результате действия нынешних ветров, ударов мелких метеоритов и песчаных бурь, а в прошлом, по-видимому, и воды. Извилистых речных долин с притоками найдено несколько и, я бы сказал, удивительно, что их все еще не занесло песком.
Единственна в своем роде рифтовая долина (или Большой каньон). Она тянется на тысячи километров при ширине в 100 км и глубиной в несколько километров. На Земле или Луне подобного образования нет. Таким же уникальным образованием является «Нике Олимпика». Это громадный вулканический конус, иначе «щит» типа Гавайских островов, но больше. Диаметр его основания 500 км, а наверху находится, по-видимому, застывшее, лавовое озеро — кальдера, как на Гавайских островах.
В этом районе концентрируется еще несколько вулканических щитов такого вида, но поменьше.
Обнаружение всех этих разновидностей топографических деталей не противоречит прежним представлениям о природных условиях на Марсе, а лишь в большой мере дополняет и уточняет эти представления. Но никто не мог ожидать, что там существуют (и не маленькие!) извилистые ложбины с притоками, которые приходится признать руслами рек, некогда протекавших на Марсе (на планете, где сейчас водяной пар обнаруживается с трудом!). По-видимому, когда-то Марс был настолько богат водой, что она могла течь по нему! Почему это было и почему этого не стало? К надежному ответу на это мы еще не подготовлены. Интересную гипотезу высказал В. Д. Давыдов. Он допускает, что на Марсе и сейчас есть водоемы, замерзшие снаружи и засыпанные песком. Где? — Например, под гладкой поверхностью в некоторых участках одной низменной равнины в умеренных широтах южного полушария планеты.
Температурные условия на Марсе исследованы еще недостаточно, но в общем там, бр-р-р, как холодно. По измерению болометрами и термоэлементами теплового, инфракрасного излучения планеты найдено было следующее. В связи с изменением расстояния Марса от Солнца днем температура в экваториальной области поднимается до +25 °C, но уже к заходу Солнца спускается ниже нуля, а ночью падает до -70° и ниже. Температура темных пятен несколько выше, чем у светлых областей (на 10°), так как они лучше поглощают солнечные лучи. Средняя суточная температура там такая же, как на Земле в областях вечной мерзлоты: -25° (для Земли в целом среднегодовая температура +15°). Летом температура на Марсе на обращенных к Солнцу склонах бывает днем выше нуля иногда даже в полярных областях, где зимой отмечался мороз до — 100 °C. Измерения теплового радиоизлучения показали температуру около -70° для планеты в целом. По-видимому, эта низкая температура относится к слоям, лежащим под поверхностью, так как она почти не меняется от того, освещен ли Марс Солнцем-полностью или частично обращен к нам своей ночной стороной.
На основании достижения геофизики, теоретически установлено, что температура марсианского грунта с ростом глубины должна повышаться, приблизительно как и на Земле, где это повышение составляет приблизительно 30 °C на каждый километр глубины.
На температуру поверхности Марса некоторое влияние оказывает атмосфера.
Атмосфера Марса, как и Венеры, состоит в основном из углекислого газа. Во время снижения спускаемого аппарата «Марс-6» неожиданно были обнаружены признаки присутствия в марсианской атмосфере какого-то инертного газа, вероятно, аргона, причем в очень большом количестве (около 35 %, хотя этот результат нуждается в уточнении и может быть пересмотрен после новых экспериментов). В то же время азот, который в земной атмосфере является главной составной частью, на Марсе пока не обнаружен. Это — тоже загадка. Поскольку земной кислород считается продуктом его накопления в итоге миллионов лет деятельности растений, бедность Марса кислородом — не в пользу гипотезы о богатстве его растительностью хотя бы в прошлом.
Изучение оптических особенностей атмосферы Марса позволяет сделать выводы о ее свойствах. С увеличением точности измерений и расчетов приходилось с течением времени принимать все меньшие и меньшие значения для плотности атмосферы Марса. Неточность оценок плотности была вызвана неизвестностью содержания в марсианском воздухе мельчайшей пыли. Теперь установлено, что давление атмосферы у поверхности около 6 миллибар (1 миллибар=0,75 мм ртутного столба). В земной атмосфере такое давление мы встречаем на высоте около 50 км. Давление на горах и в низинах различно и меняется в связи с погодой, с временами года и даже в зависимости от времени суток. То же касается и температуры.
Только в 1963 г. удалось, наконец, окончательно установить, сколько же водяных паров в марсианской атмосфере. Если бы эти водяные пары мы превратили в жидкость, то она составила бы слой всего лишь 10–20 микрон толщиной. В Антарктиде в морозную погоду водяного пара примерно столько же, так как при морозе пар вымерзает и выпадает из воздуха. По спектру в атмосфере Марса найдены кислород и углекислый газ в количестве около 0,1 %.
Приборы искусственных спутников Марса показали существование ионосферы в верхних слоях атмосферы Марса. Как и на Земле, этот слой, содержащий много ионов (откуда и его название), состоит, собственно, из нескольких слоев. Главный слой находится на высоте 120 км. Днем плотность электронов в нем такая же, как в земном слое Е ночью (105 электронов/еж3), а ночью раз в 20 меньше.
В космических окрестностях Марса отсутствует радиационный пояс планеты, подобный имеющемуся вокруг Земли. Это объясняется слишком малой напряженностью магнитного поля Марса, обнаруженного магнитометрами станций «Марс-2» и «Марс-3». Магнитное поле Марса приблизительно в 500 раз слабее земного, но все же оно существует — вероятно, за счет конвекции вещества в недрах Марса, которая возможна при наличии в планете расплавленного жидкого ядра.
Слабое магнитное поле, как мыльный пузырь при дуновении, может сильно деформироваться под действием порывов «солнечного ветра», когда на планету налетают потоки электрически заряженных частиц, выброшенных из Солнца. Поэтому будущие космонавты на Марсе не смогут полагаться на показания компаса и будут вынуждены пользоваться более точными навигационными приборами. Кроме того, передвигаться на поверхности Марса, изрытой метеоритными воронками, будет почти так же трудно, как по Луне. Однако на Луне, как известно, с успехом работали и передвигались советские автоматические луноходы и вездеходы американских космонавтов. В США опубликованы данные о ведущихся разработках специальных электророботов, приспособленных для передвижения на поверхности планет в условиях вакуума и в запыленной атмосфере.
Для создания автоматических приборов для исследований Марса и для проектирования системы жизнеобеспечения космонавтов необходимо хорошо знать физические условия, в которых им придется работать. Кроме того, выяснение физических условий на Марсе позволяет более обоснованно обсуждать вопрос о жизни на нем (