Von der Sonne aus gesehen ist der Mars der vierte Planet. Er ist der Erde in vielem ähnlich – vor allem in den geologischen Prozessen, die seine Oberfläche formten. Sein Durchmesser ist nur etwa halb so groß wie derjenige der Erde, seine Oberfläche entspricht aber ungefähr der Landoberfläche der Erde. Er besitzt einen Schalenaufbau bestehend aus einem flüssigen Eisenkern, einem festen Gesteinsmantel und einer Kruste. Auch die Neigung seiner Rotationsachse ist mit 25,2 Grad der Erde sehr ähnlich, wodurch es auf dem Mars ebenfalls Jahreszeiten gibt. Infolge seines längeren Bahnumlaufs um die Sonne (ein Marsjahr dauert etwa zwei Erdjahre) dauern diese aber jeweils ungefähr ein halbes Erdjahr. Bei durchschnittlich −60 Grad Celsius und einem Luftdruck von weniger als einem Prozent der Erdatmosphäre gibt es heute kein flüssiges Wasser auf der Marsoberfläche. Die Temperaturen können tagsüber im Sommer in Äquatornähe bis +27 Grad Celsius ansteigen, in winterlicher Marsnacht an den Polen dagegen bis auf −133 Grad Celsius abfallen.
Staubsturm in Syria Planum südlich des Labyrinthus Noctis. In der Bildmitte der große Vulkan Olympus Mons, rechts davon die etwas kleineren Tharsis-Vulkane. (© NASA/JPL/MSSS)
Marsbeobachtungen lassen sich bis in die Zeit der frühen Hochkulturen zurückverfolgen. Wegen seiner rötlichen, entfernt an Blut erinnernden Farbe wurde der Planet schon in Ägypten als „Horus der Rote“ und dann im antiken Griechenland nach Ares, dem Gott des Krieges, benannt. Seinen heutigen Namen verdankt der Mars schließlich dem römischen Kriegsgott. Ferner benutzte man in den vergangenen Jahrhunderten bei Marsoppositionen gerne den trigonometrisch gemessenen Erde-Mars-Abstand zur Bestimmung der Astronomischen Einheit (dem Abstand zwischen Erde und Sonne). Anfang des 17. Jahrhunderts erkannte Johannes Kepler anhand der Messungen des dänischen Astronomen Tycho Brahe, dass sich der Mars auf einer elliptischen Bahn um die Sonne bewegen muss – anstatt auf einer Kreisbahn um die Erde. 1877 erlag Schiaparelli einer optischen Täuschung, als er graben- und rillenartige Strukturen auf dem Mars zu sehen wähnte, die er „canali“ nannte. Für viele Zeitgenossen Schiaparellis konnten sie nur künstlichen Ursprungs sein und wurden noch lange Zeit später, als in der Fachwelt der Irrtum längst erkannt war, zum Anlass genommen, an eine intelligente Zivilisation auf unserem Nachbarplaneten zu glauben.
Wie bei der Venus besteht die Marsatmosphäre überwiegend (zu 95 %) aus Kohlendioxid (CO2); der Druck an der Oberfläche beträgt jedoch im Mittel nur sechs Millibar (auf der Erde 1013 Millibar). In der Marsatmosphäre können sich Wolken aus Wassereis und Kohlendioxideis sowie jahreszeitlich bedingt gewaltige Stürme entwickeln, die Sand und Staub bis in eine Höhe von 50 Kilometern aufwirbeln und über den ganzen Planeten verteilen, was zu einer gelbbräunlichen Trübung des Himmels führt. Wegen des geringen Luftdrucks haben diese Stürme heutzutage jedoch nur die Kraft eines lauen Lüftchens auf der Erde. Früher, als die Atmosphäre viel dichter war, hatten die Winde auch eine viel stärkere abtragende Wirkung. Viele Staubstürme sind regional begrenzt, doch alle fünf bis zehn Jahre können sie globale Ausmaße annehmen. Spektrometer an Bord der Raumsonde Mars Express entdeckten in der Atmosphäre über einigen der großen Vulkanprovinzen Spuren der Gase Methan und Formaldehyd (CH2O), was Spekulationen Nahrung gab, dass Wärme im Innern der Magmenkammern noch vorhanden und die Ursache für die Freisetzung dieser Gase sein könnte. Da auch an anderen Stellen Methan (CH4) in der Marsatmosphäre detektiert wurde, gab es sogar Spekulationen darüber, dass biologische Prozesse – so wie auch auf der Erde – für die Methanproduktion verantwortlich sein könnten. Allerdings gibt es auch eine Reihe abiotischer Prozesse, zum Beispiel einen Mineralumwandlungsprozess namens Serpentinisierung, mit denen die Bildung von Methan erklärt werden könnte. Die 2016 gestartete ESA-Mission ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), die feinste Spurengase in der Marsatmosphäre detektieren kann, hat bis heute allerdings so gut wie kein Methan nachgewiesen.