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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. Er ist nur etwa halb so groß wie die Erde, besitzt aber auch einen Schalenaufbau bestehend aus einem eisenhaltigen Kern, einem silikatischen Mantel und einer äußeren 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. Die größten Unterschiede zur Erde liegen vor allem in seiner sehr dünnen Atmosphäre, dem fehlenden Magnetfeld und den extrem niedrigen Temperaturen auf seiner Oberfläche. Bei durchschnittlich −60 Grad Celsius und einem Luftdruck von weniger als einem Prozent der Erdatmosphäre gibt es kein flüssiges Wasser auf dem Mars, zumindest heute nicht mehr. Die Temperaturen können tagsüber im Sommer in Äquatornähe bis nahe +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)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. Anfang des 17. Jahrhunderts stellte Johannes Kepler auf Grundlage von wenigen, für seine Zeit aber sehr präzisen Messungen des dänischen Astronomen Tycho Brahe der Marspositionen die wichtigen Keplerschen Gesetze auf, mit denen die Planetenbewegungen beschrieben werden. 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). 1877 erlag Schiaparelli einer optischen Täuschung, als er graben- und rillenartige Strukturen auf dem Mars zu sehen glaubte, 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 Prozent) 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 Wasser- 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. 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, was Spekulationen Nahrung gab, dass Wärme im Innern dieser Vulkane noch vorhanden und die Ursache für die Freisetzung dieser Gase sein könnte. Da auch an anderen Stellen Methan 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 von Vorgängen bei der Verwitterung von Mineralen in vulkanischen Gesteinen, mit denen die Bildung von Methan erklärt werden könnte. Die neue ESA-Mission ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), die seit September 2016 den Mars umkreist, soll das das Rätsel um das Methan in der Marsatmosphäre lösen.