火星（英语：Mars；拉丁语：Martis；天文符号：♂），是距离太阳第四近的行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，为太阳系里四颗类地行星之一。

古罗马人称火星为“马尔斯”，是罗马神话中的“战神”，古巴比伦人也称为“红色星球”，因其为红色。

在中国，取其“荧荧如火、亮度与位置变化甚大使人迷惑”之意，命名“荧惑”。《尚书·舜典》记载：“在璇玑玉衡以齐七政。”孔颖达疏：“七政，其政有七，于玑衡察之，必在天者，知七政谓日月与五星也。木曰岁星，火曰荧惑星，土曰镇星，金曰太白星，水曰辰星。”现今则取名“火星”。

大约45亿年前，当太阳系进入目前的布局时，火星是在引力吸引旋转的气体和尘埃进入时形成的，成为距离太阳第四颗行星。火星的大小约为地球的一半，与其他类地行星一样，它有一个中心核心、岩石地幔和固体地壳。

根据撞击坑定年法和地层叠置交错关系将火星地质年代分为四个阶段：前诺亚纪(Pre-Noachian)、诺亚纪(Noachian)、西方纪(Hesperian)和亚马逊纪(Amazonian)。前诺亚纪距今约4.1~4.6亿年，撞击与火山事件使早期地表不复存在，因而将最早的数亿年归为前诺亚纪。该时期形成了包括北部低地、乌托邦平原等地质单元，具有全球性磁层，但当时的大气性质、地表挥发分组成仍然是未解之谜。

诺亚纪距今3.7~4.1亿年，该时期以海拉斯盆地的形成为底界，分为早、中、晚诺亚世。诺亚纪的显著特征为高频率的撞击、侵蚀和广泛沟谷地貌的形成，也包括塔尔西斯火山省主体部分的聚集以及大量风化产物(如层状硅酸盐)的形成。诺亚纪大多数火山活动都集中在塔尔西斯区域，大型撞击盆地和北部盆地也可能分布有大量埋藏在较年轻沉积物中的诺亚纪火山岩。撞击高地中暴露的大多数物质可能是原生火山岩或受撞击改造的火山岩，它们主要是富含低钙辉石的玄武岩，以及不同含量的橄榄石。在诺亚纪大部分区域探测到的原生火成岩矿物(特别是橄榄石)表明当时的风化作用十分有限。

西方纪距今3.0~3.7亿年，大致与地球的太古代早期处于同一时期。西方纪的主要特征是持续(可能短暂)的火山作用，形成了广泛的熔岩平原。与诺亚纪相比，山谷形成率较低，但有大量的外流河道、湖泊或海洋形成。此外，西方纪侵蚀率极低，形成层状硅酸盐的蚀变作用急剧减弱或停止，并在局部区域富集硫酸盐矿物。火星表面的侵蚀率、风化率和山谷形成率的急剧下降强烈表明西方纪期间气候可能由暖湿向干冷转变，地表和气候条件不利于侵蚀和风化作用的发生。西方纪的火山作用主要表现在脊状平原和一些低矮盾状火山的形成，与脊状平原形成相关的火山喷发的二氧化硫排放可能导致了显著的温室效应，造成早期西方纪火星气候间歇性变暖，随后随着火山作用的减退，二氧化硫迅速从大气中消失，地表温度下降。在西半球，熔岩平原主要分布在塔尔西斯火山东部外围区域。在东半球，熔岩平原形成了西方平原、大瑟提斯平原和海拉斯盆地大部分的底部区域。西方纪广泛存在的火山活动使火星约30%的区域发生了地表重塑，同时这也可能是该时期硫酸盐大量沉积的原因。

亚马逊纪距今约3亿年，并一直持续到现在，其覆盖了火星地质历史的三分之二。尽管亚马逊纪持续的时间相当长，但由撞击作用、构造作用和火山活动造成的地貌变化较小。此外，还持续了晚西方纪极低的侵蚀率和风化率特点。与火星早期相比，亚马逊纪冰川和风的作用对地表的改造更为明显。亚马逊纪最显著的特征是冰川的活动，且在中高纬度地区冰川活动更为明显。火星轨道倾角的变化对冰川的活动与分布会产生强烈的影响，当倾角较大时冰川将会从极区转移到较低纬度并聚集积累。亚马逊纪的火山作用主要集中于塔尔西斯和埃律西昂地区，火星表面的大型盾形火山最终形成，它们附近会形成较大面积的熔岩平原，亚马逊纪也存在地表水的活动，如在塔尔西斯和埃律西昂区域盾状火山的附近形成了外流河道。这一时期最为普遍出现的水流地貌为撞击坑内壁上广泛发育的冲沟，它们可能是由地下冰层融化释放的液态水形成。

火星与太阳平均距离为1.52AU（天文单位），近日点1.38AU，远地点1.67AU，公转周期为687地球日，1.88地球年（以下称年），或668.6火星日。平均火星日为24小时39分35.244秒，或1.027491251地球日。在地球，火星肉眼可见，亮度可达-2.9，在夜空中只暗于月球、金星和木星（大部分时间）。

火星自转轴倾角为25.19度，和地球的相近，因此也有四季，只是季节长度约为两倍。由于火星轨道离心率大约为0.093（地球只有0.017），各季节长度不一致，又因远日点接近北半球夏至，北半球春夏比秋冬各长约40天。2009年10月26日为北半球春分，2010年5月13日为夏至，北半球处春季。

火星轨道和地球的一样，受太阳系其他天体影响而不断变动。轨道离心率有两个变化周期，分别是9.6万年和210万年，于0.002至0.12间变化；而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（米兰科维奇循环），火星与地球最短距离正慢慢减小。至于自转轴倾角，火星是25.19度，但可由13度至40度间变化，周期一千多万年，不像地球的稳定处于22.1和24.5度间，是因为火星没有如月球般的巨大卫星来维持自转轴。也因没有大卫星的潮汐作用，火星自转周期变化小，而地球的会被慢慢拉长，因此现今两行星的自转周期相近只是暂时现象。

2007年3月，NASA的一项研究表明南极冠的冰假如全部融化，可覆盖整个星球。推论有更大量的水冻在厚厚的地下冰层（cryosphere），只有当火山活动时才有可能释放出来。史上最大的一次是在水手谷形成时，大量水释出，造成的洪水刻划出众多的河谷地形，流入克里斯平原。另一次较小的一次，是在五百万年前科伯洛斯槽沟（Cerberus Fossae）形成时，释出的水在埃律西姆平原（Elysium Planitia）形成冰海，至2019年仍能看见痕迹。

火星上有冰存在的直接证据在2008年6月20日被美国宇航局的凤凰号发现，凤凰号在火星上挖掘发现了八粒白色的物体，当时研究人员揣测这些物体不是盐（在火星有发现盐矿）就是冰，而四天后这些白粒就凭空消失，因此这些白粒一定升华了，盐不会有这种现象。火星全球勘测者所照的高分辨率照片显示出有关液态水的历史。尽管有很多巨大的洪水道和具有树枝状支流的河道被发现，还是没发现更小尺度的洪水来源。推测这些可能已被风化侵蚀，意味着这些河道是很古老的。

火星全球勘测者高解析照片也发现数百个在陨石坑和峡谷边缘上的沟壑。它们趋向坐落于南方高原、面向赤道的陨石坑壁上。因为没有发现部分被侵蚀或被陨石坑覆盖的沟壑，推测他们应非常年轻。有个特别引人注目的例子：短短6年，沟壑又出现新的白色沉积物。NASA火星探测计划（Mars Exploration Program）的首席科学家麦克·梅尔（Michael Meyer）表示，只有含大量液态水才能形成这样的样貌。而水是出自降水、地下水或其他来源仍是一个疑问。不过有人提议，这可能是二氧化碳霜或是地表尘埃移除造成的。11米深。另外，地下的水冰永冻土可由极区延伸至纬度约60°的地方。

2000年，一块火星陨石在美国于南极洲发现，编号为ALH84001的碳酸盐陨石。美国国家航空航天局声称在这块陨石上发现了一些类似微体化石结构，有人认为这可能是生命存在的证据，但有人认为这只是自然生成的矿物晶体。但直到2004年，争论的双方仍然没有任何一方占据上风。海盗号（Viking）探测器曾做实验检测火星土壤中可能存在的微生物。实验限于维京号的着陆点并给出了阳性的结果，但随后即被许多科学家所否定。

现存生物活动也是火星大气中存在微量甲烷的解释之一，但通常人们更认同其它与生命无关的解释。将来人类若对外星殖民，由于火星的友善条件（同其他行星相比，火星最像地球），火星很可能是首选目的地。太空存活藻类或帮助人类在火星耕作。国际空间站实验幸存的水藻分别是源于挪威斯瓦尔巴群岛的球囊藻和来自南极的念珠藻。

2022年9月，据英国《新科学家》杂志网站报道，美国国家航空航天局（NASA）的“毅力”号火星探测器在火星上发现了大量有机分子——被认为是生命组成部分的含碳分子，这些物质的发现或使火星干涸的河流三角洲地区成为寻找生命的理想之地。NASA和欧洲空间局将在2026年向火星发射两台航天器，其中一台将于2028年在火星着陆。

2022年9月，中国科学院地质与地球物理研究所联合香港大学李一良教授研究了柴达木盆地类火星极端环境中微生物的群落多样性及其主要适应机制，为深入认识火星早期存在生命的可能性以及火星生命信号探测提供了方向指导。

2022年12月，施普林格·自然旗下专业学术期刊《自然-天文学》最新发表一篇行星科学论文称，火星北部平原底下可能有一个直径约4000千米的活跃地幔柱，该地幔柱会引起火星壳抬升，并将热岩浆送到火星表面。这个地幔柱位于火星的埃律西昂平原(Elysium Planitia)，或许解释了该地区的火山和地震活动。

2022年12月26日，火星的北半球进入春季，南半球进入秋季，蔓延火星全球的沙尘暴季节也宣告结束。开启了火星第37个新年。

2023年4月，中国地质大学（武汉）研究团队首次在火星横向风成脊表面识别出小型多边形裂隙。

2023年6月14日，一个由多国行星科学家组成的研究团队，从“洞察”号火星探测器探测到的数据中发现，火星内部质量存在异常，或许其有一个全液态的核心。相关研究结果发表在《自然》杂志上。

2024年10月18日消息，发表于最新一期《通讯·地球与环境》上的建模研究结合火星轨道探测器拍摄的图片显示，火星冰层中存在潜在的微生物栖息地，而正是暴露在火星表面的尘埃冰，为光合作用生命的存在创造了必要条件。该研究还认为，位于火星中纬度的冰沉积物，将成为寻找火星生命的关键地点。美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室团队此次计算了在火星上观测到的含尘量，以推断冰结构中是否存在辐射宜居区。

火星距离地球最近时约为5500万公里，最远时距离则超过4亿公里。两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。1988年火星和地球的距离曾经达到约5880万公里，而在2018年两者之间的距离达到5760万公里。但在2003年的8月27日火星与地球的距离仅为约5576万公里，是6万年来最近的一次。不过据天文学家推算，在从公元1600年到2400年这800年间，火星与地球的近距离只能排在第三位。根据推算结果，到2366年9月2日，两者之间的距离将为约5571万公里。而到2287年8月28日，两者将更为接近，距离为约5569万公里。一般来说，火星和地球距离近的年份是最适合登陆火星和在地面对火星观测的时机。

火星有两个天然卫星：火卫一，和火卫二，形状不规则，可能是捕获的小行星。火卫一（Phobos，英语发音“FOH bus”中译：弗铂斯）呈土豆形状，一日围绕火星3圈，距火星平均距离约9378公里。它是火星的两颗卫星中较大也是离火星较近的一颗。火卫一与火星之间的距离也是太阳系中所有的卫星与其主星的距离中最短的，从火星表面算起只有6000千米。它是太阳系中最小的卫星之一，也是太阳系中反射率最低的天体之一。火卫一上有一个巨大的撞击坑，叫斯蒂克尼撞击坑，由于轨道离火星很近，火卫一的转动快于火星的自转。因此从火星表面看火卫一从西边升起，在4小时15分钟或更短的时间内划过天空在东边落山。由于轨道周期短以及潮汐力的作用火卫一的轨道半径在逐渐变小，最终它将撞到火星表面，或者破碎形成火星环。

火卫二（Deimos，中译：戴摩斯）是火星最小的一颗卫星，平均半径为6.2千米（3.9英里），逃逸速度为5.6m/s（20km/h）。它是火星较小和较外侧的已知卫星，另一颗是火卫一。火卫二与火星的距离是23460千米（14580英里）以30.3小时的周期环绕火星，轨道速度为每秒1.35公里。在希腊神话中Deimos是阿瑞斯（Ares）与阿芙罗狄蒂（Aphrodite）的另一个儿子。“Deimos”在希腊语中意味着“惊慌”。

火星的轨道是椭圆形。因此，在接受太阳照射的地方，近日点和远日点之间的温差将近160摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K（开尔文，温度单位，即从绝对零度-273.15℃开始的摄氏度）（-55℃，-67℉），但却具有从冬天的140K（-133℃，-207℉）到夏日白天的将近300K（27℃，80℉）的跨度。尽管火星比地球小得多，但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。

2008年7月31日，美国航空航天局科学家宣布，凤凰号火星探测器在火星上加热土壤样本时鉴别出有水蒸气产生。

2013年3月初，美国宇航局“好奇”号火星车发现火星岩石中存在含水矿物质的可靠证据，该岩石样本位于之前“好奇”号挖掘发现黏土层的邻近位置。“好奇”号科学小组宣称，科学家对该火星车挖掘的泥岩岩石粉末样本分析表明，火星远古时期的环境状况适宜微生物生存。3月18日（美国东部时间），美国德州月球和行星科学会议发布的一份新闻简报证实了另一项发现，表明挖掘地点之外的区域也存在着含水物质。研究人员使用“好奇”号火星车上的红外观测相机，以及能够释放中子至火星表面的勘测仪器，他们发现之前“好奇”号抵达的含黏土岩层地点邻近区域也存在着更多的水合矿物质。

2013年12月9日，NASA公布“火星好奇号”机器人拍摄到火星盖尔环形山图片。科学家表示，好奇号在附近进行勘探并且发现可能存在水的可能；虽然没有直接找到水，但科学仪器表明可能性非常大。

2015年03月06日，科学家称火星表面曾非常湿润，含水量超过北冰洋。美国宇航局行星科学部门主管吉姆·格林（Jim Green）指出，对火星大气开展的一项研究显示这颗行星的几乎整个北半球在历史上都曾经被深度达到1英里左右的水体所覆盖。这项研究还发现火星地表直到大约12亿年前还存在着大量的水体。

2015年9月29日，美国宇航局称最新证据表明此前在火星表面一些陨坑坑壁上观察到的神秘暗色条纹可能与间歇性出现的液态水体有关。来自卫星的数据表明这些坑壁上的暗色条纹可能是含盐水体沉积过程产生的结果。尤为关键的一点在于，这种含盐水体将能够改变火星表面水体的冰点与沸点，从而使得液态水体在火星地表的存在成为可能。

2018年7月25日，法新社消息称，火星上发现了第一个液态水湖。报道称，科学家们在火星上发现了巨大的地下蓄水层，这增加了火星上存在生命的期望。

2019年10月，美国航天局表示，“好奇”号火星车在火星盖尔陨石坑内发现了富含矿物盐的沉积物，表明坑内曾有盐水湖，显示出气候波动使火星环境从曾经的温润、潮湿演化为如今冰冻、干燥的气候。

环绕火星的卫星证实了照片上巨大的陨石坑曾经是一个火山湖。火星车在一个水流的沉积物成扇形的三角洲着陆而发现了它。这个65千米宽的陨石坑虽然已经彻底干枯了，但是这种迹象表明古老的火星上曾经很湿润。图片上的三角洲位于火星南部高地的厄伯斯华德陨石坑，看起来像是一个向右边凹进的半圆。它是在37亿年前一次小行星的猛烈撞击下形成的。

陨坑只有右边是完整的，其余的被一个由后来陨石猛烈撞击形成的更大的霍尔登陨坑所掀起的碎屑覆盖。在图片上看，霍尔登陨坑在图片的左边。

火星的河口三角洲显示火星曾是水世界。狭长，弯曲的河道，用于湖水的流淌和沉积物的储存。由于多年的侵蚀作用和行星的碰撞，沉积物掩埋堆积而促使表面干枯。三角洲的特殊性描绘出了一个曾充满水的火山湖，清晰有力的证据显示火星表面曾有液态水流淌过。厄伯斯华德陨坑和霍尔登陨坑都曾很自然的被认定为美国宇航局下一个火星车“好奇号”的着陆点的候选者。

美国国家航空暨太空总署宣布，“好奇号”火星探测车在火星发现了一处早已干涸的远古淡水湖，并且找到了碳、氢、氧、硫、氮等关键的生命元素。科学家表示，理论上这个湖泊曾经支持过一些简单的微生物存活。

2024年1月消息，一项利用美国“毅力”号火星车探测数据开展的新研究发现，火星赤道以北的耶泽罗陨石坑在远古时期曾存在一个巨大的湖泊和河流三角洲。随着时间推移，陨石坑内沉积物的沉积和侵蚀形成今天的地质构造。

火星上可能曾有过海洋，但是在地质历史上仅存在过一瞬间，这一分析让这颗红色星球上曾存在生命的观点受到挫折。这是美国宇航局（NASA）加州帕萨迪纳市喷气推进实验室的Tim Parker提出的一项新理论。在2016年3月他争论称，小行星连环撞击早期火星可能曾让水涌到该行星表面，至少暂时如此。

Parker一直认为，海洋曾蔓延至火星北半球一半的面积，有迹象表明火星的表面一度被水覆盖，如果火星一直像当前看到的那样干燥、被灰尘覆盖，那么其大量地质特征就很难解释。

这些特征包括由NASA“机遇”号漫游者在火星上漫步十多年发现的多边形裂缝。在地球上，这些裂缝需要水蒸气才能形成，因此Parker认为它们强烈表明，漫游者行走的地方曾是海洋的边缘。“（‘机遇’号行走过的）超过43公里的火星表面的均匀特征非常容易解释，那里一度曾是浅海。”他说。然而，问题在于古火星气候模型很难匹配让液体水留在火星表面的状态，这需要更厚的大气层。这些大气层可能曾很快消失，留下了当今的火星。

据美国太空网报道，科学家们已经掌握更多证据证明在数十亿年前火星表面的大部分地区曾经被广阔的海洋覆盖有关这项发现的文章已经刊载于7月12日出版的《地球物理学报》上。

这些最新的证据来自正围绕火星运行的强大飞船“火星勘测轨道器”（MRO）拍摄的图像。根据这些图像科学家们识别出一个巨大的冲积三角洲，这个三角洲所在的河流最终注入一个面积几乎覆盖1/3火星表面的巨型海洋。

论述这项发现的论文作者之一是美国加州理工学院地质学助理教授麦克·兰博（Mike Lamb），他表示：“科学家们长期以来一直认为火星北半球广阔的低地平原是一片干涸的古代海洋，但是苦于缺乏确凿的证据。”

此次的研究结果尽管距离给出直接的证据仍然有距离，但它的确进一步支持了这一理论。研究小组仔细审视由火星勘测轨道器搭载的HiRise相机拍摄的火星北半球低地地区一小片区域的高分辨率图像。该设备可以识别火星地表10英寸（约合25厘米）直径的物体。更加具体而言，科学家们仔细观察了一个名为“Aeolis Dorsa”的区域中的一部分，面积约100㎞2，这片地区距离盖尔陨石坑约620英里（约合1000公里）。盖尔陨坑便是美国好奇号火星车登陆的地方，它正在这一地区开展地质考察。

这一小块区域中分布有很多隆起的脊线，这主要是长期流水沉积下来的一些较粗砾石堆积形成的。这种脊线在其所在的河流干涸很久之后仍然能够继续存在，从而告诉科学家们这里曾经存在过的水系的情况。HiRise相机的图像让科学家们得以以极高的分辨率查看这一小块地区的地表情况。研究人员发现这些高起的脊线呈放射状扩散而地形上朝向脊线末端逐渐降低高度，这就像是地球上的河流三角洲——即河流入海口附近的情况。

在此之前在火星上便已经发现过河流三角洲遗迹。但是其中绝大部分都位于陨石坑或其它地质学上封闭的区域内，因此那些案例所提示的是火星过去存在的湖泊，而不是一个全球性的海洋。但是这次的发现不同。研究论文的第一作者，加州理工的博士后罗曼·迪比尔斯（Roman DiBiase）表示：“这可能是最具说服力的证据之一，证明存在一个注入火星北部广阔水域的河流三角洲遗迹。”

但是至于这个位于火星北半球的巨大水体究竟规模几何，仍然是一个开放性的问题但是它至少曾经完全淹没了Aeolis Dorsa地区，覆盖面积至少为3.86万平方英里（约合10万平方公里）。甚至很有可能这就是长期以来科学家们苦苦寻找证据的火星全球海洋的证据有一部分科学家甚至认为这个海洋有可能覆盖了火星1/3的面积。

研究组也指出，这一三角洲所在的位置不排除在过去可能曾经也是位于一个陨石坑内部，但是后来这个陨石坑被完全侵蚀殆尽了。如果是这种情况那么就说明火星上的地质活动要比原先设想的复杂得多。

接下来研究人员打算继续沿着这一地区附近的“海岸线”搜寻古代海洋存在的证据，从而为揭示这颗红色星球过去更加温暖潮湿的气候环境提供证据兰博表示：“在人类和其他人的工作中，包括好奇号火星车所做的研究都已经在火星上发现了丰富的沉积纪录这些沉积纪录反映了火星过去环境的线索，包括降水，地表水体，河流三角洲以及可能存在的海洋”：“火星的古代环境以及这些环境下产生的沉积纪录，都和地球非常相似。

2015年9月28日，科学家称火星上不但只有位于两极、已经凝固成冰的水，更有只会在和暖季节时出现、流动的液态水。科学家指他们的最新发现，强烈支持在火星表面上，有盐水于夏季时分在部分斜坡上流动的理论。报告指，这些又窄又黑、犹如手指的痕迹，只会在火星最和暖的季节时出现，但于其余时节就会消失。出现这种季节性的情况，是因为盐降低了水的凝固点。不过，这次发现的最重要意义，是因为水是生命的起源，因此今次发现火星存有流动水，令科学家下一个目标，就是要在火星上作进一步的探索，以调查火星现时是否有任何微生物形态的生命。

2022年10月，美国宾夕法尼亚大学的科学家们在火星上发现了远古海洋的痕迹。结果刊登在《地球物理研究杂志：行星》上。

2014年4月19日，科学家发现火星内部存在庞大的水资源，酷似巨型“地下水库”，在某些地方的水资源储量甚至与地球内部相当。这个发现可能颠覆了之前科学家对火星的研究，因为科学家曾经估计火星内部的水资源相当贫乏。专家称：“人类对之前的研究感到困惑，因为现阶段的发现意味着以往对火星内部环境的认识存在错误，认为火星内部并不存在如此大量的‘水资源’。”此外，火星内部的大量“水资源”应该如何渗透进入火星表面的呢。研究人员认为火山是一个主要通道，可以将内部的“水资源”转移到火星表面。科学家研究了两颗火星陨石，它们形成于火星的地幔中，其位于火星地壳下方。这些陨石之所以能在大约250万年前坠落到地球上，是因为火星曾经发生过一次猛烈的撞击事件。

2024年8月，美国加州大学圣迭戈分校斯克里普斯海洋研究所领导的一项新研究证明，火星除了两极的冰冻水外，仍然拥有大量液态水。该研究提供了迄今为止火星海洋的最有力证据，如果其结论属实，将为进一步探索该行星的宜居性以及寻找地外生命奠定基础。研究成果8月12日发表在《美国国家科学院院刊》上。

美国宇航局的“好奇”号火星车发现更多证据，证明这颗红色星球一度有水存在。科学家表示“好奇”号碾过的一块火星岩裂开后暴露出内部的白色结构，说明含有水合矿物，在有水流过时形成。

“好奇”号对盖尔陨坑内的一个区域进行了勘察。这个区域被称之为“黄刀湾”。科学家认为数十亿年前水曾经从这个陨坑的边缘往下流淌，形成深度可达到3英尺（约合90厘米）的溪流。这些新发现是借助“好奇”号桅杆相机的红外成像能力以及一台可以向地面发射中子，用以探测氢的仪器得出的。近红外光之间的亮度差异能够揭示水合矿物的存在。这些矿物在水的作用下发生变化。借助于桅杆相机，在狭窄的纹理内发现了强度提高的水合作用信号这些纹理穿过这一区域的很多岩石。这些明亮的纹理含有水合矿物，不同于在周边岩层中发现的粘土矿物。

俄罗斯制造的中子动态反照率测量仪能够探测土壤矿物中的水分子中的氢。研究结果显示黄刀湾曾经拥有的水数量超过“好奇”号此前造访的其他地区。“在黄刀湾发现的水存在迹象超过‘好奇’号勘探过的其他地区。即使在黄刀湾内也发现了水存在迹象数量的巨大差异。”

美国国家航空航天局宣布，好奇号对一个岩石样本分析时发现了重要的化学元素，证明火星一度出现可支持生命存在的环境。在一个古代河床的沉积岩中的岩石粉末样本中，发现了硫、氮、氢、氧、磷和碳，其中一些是形成生命所需的要素。数据显示，“好奇”号当前勘探的黄刀湾可能是一个古代河系的尽头，或者是一个间歇湿润湖床，能够为微生物提供化学能量以及其他必要条件。2018年1月，美国研究人员传出了一个重大好消息，在火星地下，发现了更容易开采的水源。

2004年，机遇号火星车在“奋进”陨石坑附近发现弹珠形蓝色奇异物体，被形象地称之为“火星蓝莓”。科学家表示：“这些物体的外部似乎易碎，中部则较为柔软。它们的密度、结构和构成均存在差异，分布也不同。这是一个非常有趣的地质学谜团。”一种理论认为火山喷出的岩浆形成了这些小球，而不是在水的作用下形成。在“火星蓝莓”内，科学家发现大量赤铁矿，说明它们在地下水穿过多孔岩过程中形成。水流能够导致一系列化学反应，促使铁矿变成小球。不过，这一理论无法解释“蓝莓”的尺寸为何较小。研究发现，“火星蓝莓”只是小陨石在穿过火星大气层过程中分裂后留下的残余，无法证明火星古代曾出现流水。陨石撞击是一种更令人信服的解释，能够解释“火星蓝莓”的外形和构成。科学家称：“这些小球的任何一种物理特性都与凝固模型不匹配，但陨石理论能够解释它们的所有特性。”

在火星赤铁矿石一致性方面，绝大多数“火星蓝莓”的直径都在0.16英寸（约合4毫米）左右，通常不超过0.24英寸（约合6.2毫米）。米斯拉教授指出“火星蓝莓”的尺寸差异可以用陨石撞击解释。研究人员发现一颗直径1.6英寸（约合4厘米）的陨石能够产生1000颗直径0.16英寸（约合4毫米）的小球，分布在面积广阔的区域内。陨石残余理论同样引发争议。一些科学家指出这一理论未能参考一些关键因素。有专家称：“虽然某些物体会在穿过火星大气层过程中熔化，但这些小球并非在一些高温事件中形成。”格洛奇指出“机遇”号对“火星蓝莓”进行的分析显示这些小球在低温过程中形成。

中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室刘洋研究员团队，利用祝融号火星车获取的短波红外光谱和导航与地形相机数据，在着陆区发现了岩化的板状硬壳层，通过分析光谱数据发现，这些类似沉积岩的板状硬壳层富含含水硫酸盐等矿物。这标志着祝融号实现了国际上首次利用巡视器上的短波红外光谱仪在火星原位探测到含水矿物。这一发现对理解火星的气候环境演化历史具有重要意义，该成果于5月11日发表在国际学术期刊 Science Advances上。

火星的大气密度只有地球的大约1%，非常干燥，低温。在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

火星的大气主要是由遗留下的二氧化碳（95.3%）加上氮气（2.7%）、氩气（1.6%）和微量的氧气（0.15%）和水汽（0.03%）组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴（不足地球上的1%），但它随着高度的变化而变化，在盆地的最深处可高达9毫巴，而在奥林匹斯山脉的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应，但那些仅能提高其表面5℃的温度，比金星和地球的温室效应少得多。

火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的，它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升华，留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过，所以无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层（左图）。这种现象的原因还不知道，但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右。（由海盗号测量出）。但是通过哈勃望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气似乎比海盗号勘测出的更冷、更干。美国国家航空航天局于2015年11月5日公布了关于火星大气的观测结果，并阐述了其大气层为何如此之薄。观测显示，太阳风可能是剥夺火星大气的罪魁祸首。太阳风每秒钟仍在带走约100克的火星大气。太阳风是来自太阳的高速粒子流，当它抵达失去磁场保护的火星后，会产生一个电场，加速火星大气中被称为离子的带电原子，令其逃逸至太空中。

火星岩石圈磁场分布具有显著的南北半球差异性，强磁场主要集中在南半球，火星南半球高地最强的磁化区域内的岩石形成于40亿年前。有些地区表现出强弱磁场交替的条纹状结构，与地球海底条纹状磁异常相似。对于火星岩石圈磁场分布的解释存在很大的争议性。有研究认为这种磁场结构和海底扩张和偶极子场反转有关，预示早期火星的动力学和演化过程。另外的研究则认为与褶皱和水化学交替、重复的岩脉侵入，和沉积岩层等地质过程有关。北半球较弱的岩石圈磁场可能是源于北半球低地形成过程中的退磁作用。这种退磁既有可能是火星核产生的巨型火幔柱结构引起的，也可能是近火星表面的低温水化作用所引起。

火星的岩石圈磁场主要源于岩石的热剩磁，由两部分组成，一部分为火星壳上层岩石的热剩磁，称为原生剩磁，主要在火星早期获得，此时火星还存在全球性的内禀磁场。另外一部分为火星壳下层岩石的热剩磁，称为次生剩磁，由上部火星壳磁化获得，此时火星发电机过程已停止或减弱火星岩石圈磁场主要由火星壳上部的原生剩磁贡献。火星岩石圈磁场主要由火星壳上部的原生剩磁贡献。

火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩，它比地球的地幔更稠些；最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言，火星的密度较低，这表明，火星核中的铁（镁和硫化铁）可能含带较多的硫。如同水星和月球，火星也缺乏活跃的板块运动；没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动，在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微应力，造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是，人们却未发现火山有过活动的迹象。虽然，火星可能曾发生过很多火山运动，可它看来从未有过任何板块运动。

火星是太阳系由内往外数的第四颗行星，直径约是地球的一半，体积为15%，质量为11%，表面积相当于地球陆地面积，密度则比其他三颗类地行星（水星、金星、地球）还要小很多。以半径、质量和表面重力说，火星约介于地球和月球中间；火星直径约为月球的两倍、地球一半；质量约为月球九倍、地球的1/9，表面重力约为月球的2.5倍、地球的2/5。火星自转轴倾角、自转周期与地球相近，公转周期则为两倍左右。其橘红色外表是因为地表被赤铁矿（氧化铁）覆盖，英文里前缀areo-即为火星，火星曾经被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星。

火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体，以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。与地球相比，地质活动不活跃，而另一个独特的