火星周围也笼罩着大气层，与地球大气层相似。火星大气层的主要成分是二氧化碳，其次是氮、氩，此外还有少量的氧和水蒸气。火星大气层与地球大气层都有氮存在，这是火星与地球最大的相似之处。 火星大气的密度不到地球大气的百分之一，表面大气压500～700帕。

二氧化碳是火星大气主要成分。冬天时，极区进入永夜，低温使大气中多达25%的二氧化碳在极冠沉淀成干冰，到了夏季则再度升华至大气中。这个过程使得极区周围的气压与大气组成在一年之中变化很大。

和太阳系其他星球相比，火星大气有着较高比例的氩气。不像二氧化碳会沉淀，氩气的总含量是固定的，但也因为二氧化碳会在不同时间进出大气，氩气在不同地点的相对含量会随时间而改变。近期卫星资料指出，南极区在秋季时氩气含量提高，到了春季则会降低。

火星大气变化显著。当夏季二氧化碳升华回大气时，它留下微量的水汽。季节性、时速接近400公里的风吹离极区，带着大量的沙尘与水汽，其中水汽造就了霜与大片卷云。这些水冰云由机会号于2004年摄得。2008年七月31日，NASA凤凰任务的科学家证实地下冰的发现。凤凰号的更多分析将确认这些冰是否曾为液态，或包含生命必需的有机物。凤凰号的热电传导性探针（Thermal and Electrical Conductivity Probe）显示当地大气中的水分在火星晚上时会消失，同时土壤的水分则会增加。

火星大气中含量为十亿分之一级（ppb）的微量甲烷，首次的发现来自2003年一支在NASA戈达德太空飞航中心的团队。2004年三月，火星快车号和自地面观测的加法夏望远镜也支持甲烷的存在，浓度约10ppbv。甲烷的存在十分吸引人，因为这是不稳定的气体，要存在必有某种来源。据估计，火星每年必须产生约270公吨的甲烷，但由小行星带来的只占0.8%。虽然地质活动也可提供，但火星近期缺乏火山活动，热液活动、热点等是甲烷来源的可能性就较低。微生物（如甲烷古菌）也可能是来源之一，但尚未证实。

甲烷的分布不是全球性的，表示它在充分分布均匀之前就已被破坏，不过这也指出它必不时的释放至大气。目前计划于寻找可能的伴随气体，藉以推测来源的形式：在地球海洋中，生物产的甲烷常伴随着乙烯，而火山作用产生的甲烷则伴随着二氧化硫。

2005年，研究发现橄榄石与水、二氧化碳于高温高压下蛇纹岩化（serpentinization）后可产生甲烷，过程与生物无关。在地表下几公里深即可满足反应的温压条件，且计算如果要维持目前甲烷浓度几十亿年，所需的橄榄石量并不多，增加了甲烷无机来源的可能。而如果要证明正确，就得发现此反应的另一产物蛇纹岩。

欧洲空间局发现甲烷的分布不均匀，但却和水汽的分布相当一致。在上层大气这两种气体分布均匀，但在地表却集中在三处：阿拉伯地、埃律西昂平原和阿卡迪亚平原。西南研究学院的行星科学家David H. Grinspoon认为甲烷与水汽分布的一致性增加了生物来源的可能，不过生命如何在火星如此不友善的环境下生存仍然未知。如果要证明甲烷的分布与生物有关，探测船或登陆艇需要携带质谱仪，分析火星上碳12与碳14的比例（即放射性碳定年法），便可辨别出是生物还是非生物源。2012年，火星科学实验室将会测量二氧化碳与甲烷中的同位素。

2013年9月19日，根据从好奇号得到的进一步测量数据，NASA科学家报告，并没有侦测到大气甲烷（atmospheric methan）存在迹象，测量值为0.18±0.67ppbv，对应于1.3 ppbv上限（95%置信限），因此总结甲烷微生物活性概率很低，可能火星不存在生命。但是，很多微生物不会排出任何甲烷，仍旧可能在火星发现这些不会排出任何甲烷的微生物。

德国《明镜》周刊报道，正在火星轨道上转动的欧洲航天局“火星快车”的观测结果，证实了过去一些科研小组的结论：在火星大气层中含有甲烷，这为火星上可能有以微生物形式存在的生命，提供了进一步的证据。甲烷俗名叫沼气，即使在地球上，现在也有细菌之类的一些微生物，它们依靠从氢和二氧化碳中制造的甲烷维持生命，从而可以在没有氧气的环境下生存。科学家根据化学知识认为，如果火星上有甲烷存在，这些甲烷不能产生很久，最多也不过是在几百年前形成。因此，这里必然有一个能不断向火星大气提供甲烷的“源泉”。这个“源泉”有三种可能：一是外来的小行星或彗星等碰撞火星带来甲烷；二是火星火山爆发喷出的；三是火星上微生物制造出来的。从而证实火星有生命的观点，最后一种可能最受欢迎，因为这本身就是证实。此外，科学家根据现有观测完全排除第一种可能。对于第二种可能分析上有些麻烦。首先，目前火星上没有活火山，但是科学家说，这并不说明问题，因为根据“火星快车”对火星上的死火山的观测，它们有的甚至是在几百万年前才成为死火山，而以前的几十亿年一直活跃。而且，即使甲烷来自火山喷发，也无损于科学家猜测火星有生命，因为火山喷出的岩浆使表面下的水以液体形式存在，从而易于生命存在。

其实，此前美国夏威夷的红外天文望远镜，以及设在智利的“双子星座”天文观象台，都发现过火星大气中有甲烷的迹象，但是“火星快车”上装备了“行星傅立业频谱仪”，因此能根据所测量到的火星大气频谱中显示出来的为甲烷所独有的频谱段，而确定性地证实火星大气中存在甲烷。这一点上，现在正在火星表面探测的美国“勇气号”和 “机遇号”两个火星车，却远远赶不上，因为它们主要担负地质勘探任务，没有相应的测量甲烷的仪器。

含有甲烷，这为火星上可能有以微生物形式存在的生命，提供了进一步的证据。

据国外媒体1月10日报道，美国宇航局想知道为何火星上曾有过水而今却成了寒冷沙漠？为弄清原因，美国想研究火星的大气情况，而二大被选中的火星探测器将竞相争取此2011年令人动心的火星发射任务。

从20多个建议中，美国宇航局这周决定与两大探测器建造小组签订200万美元的研究合同。如果他们按计划进行，在今年底宣布制成了能揭示火星上层大气随时间变化的太空船，他们将可以获得4.75亿美元的奖金。

目前，火星上有二个火星车和三个轨道器在探测研究。科学家认为火星数亿年前有厚厚的大气，但好多都逃溢到了太空中，如今只有稀薄的一层大气了，且现有的火星大气中95%是二氧化碳

“有关火星大气随时间变迁丢失水和二氧化碳，科学家存有许多问题，” 此次建议的赢家之一、火星大气与不稳定性变化（MAVEN）的主要调查者、美国科罗拉多州大学的布鲁斯-嘉库斯凯说。

了解火星大气在发生什么对确定此行星现在或曾经是否适合生命生存发展很重要。研究火星大气的化学组成与动态变化也是MAVEN竞争的重点，这就是名为“伟大逃溢”的项目，是由美国西南研究院提出的。

“伟大逃溢”项目的目标是通过测量火星上层大气的构成与动态变化来确定火星大气随时间的变化情况。周二在阿灵顿举行的火星科学计划会议上，美国宇航局的火星探测计划的首席科学家迈克尔-梅叶表示，局里很高兴获得了二大如此好的建议，希望有足够的钱来完成它们。

此项目由低成本火星探测计划——“侦察（Scout）”提供资金。美国宇航局的首个“火星侦察” 任务是建造凤凰号火星车，并计划在今年8月发射。除此火星车研究合同之外，美国宇航局还奖励位于圣路易斯的华盛顿大学的研究人员80万美元，因为他们参与研制了名为ExoMars的欧洲火星科学任务。此任务计划于2013年发射，将用来搜寻火星上今生前世的火星生命。

美国宇航局还奖励加州大学150万美元，因为他们提供了二个技术建议，此技术可以为ExoMars和其它未来火星探测器开发新的仪器。此仪器将能探测和分析火星上的有机物质。

“火星快车”捕捉到火星大气中的“极光”现象

TOM科技讯 据俄罗斯媒体2月22日报道，欧洲空间局的“火星快车”号探测器日前成功捕捉到了火星大气中的“极光”现象。不过，称其为“极光”并不准确，因为火星大气中的辉光现象并不在极地附近。 专家们介绍说，火星大气的发光现象经常出现在那些磁场发生变化的地区－－它们通常都距离极地非常遥远。尽管如此，火星大气发光的原理却与地球上的极光现象基本相同：太阳释放出的带电粒子经过地球（或火星）磁场的加速后与大气分子发生猛烈碰撞，从而产生发光现象。 需要指出的是，虽然在火星轨道上确实可以看到绿色的火星“极光”，但本文所附图片中显示的绿色图案却并非“火星快车”号拍摄到的真实照片。 由于美国的“火星全球监测者”数年前也曾发现在火星表面的部分区域存在着磁场异常现象，因此有科学家猜测，当时火星大气中也出现过“极光”现象。与地球不同的是，火星上并没有一个遍布全球的完整磁场。科学家此前只是在火星表面的断层附近观测到过局部性的磁场。2004年，“火星快车”号上装备的SPICAM探测仪曾成功地在火星表面的磁场异常区记录到过大气发光现象。之后，专家们还记录到带电粒子在火星磁场的作用下速度发生了明显加快。 通过分析火星大气的计算机模型，科学家们得出结论称，在火星表面确实能观测到绿色的发光现象，只是它们不会出现在极地附近。

据新华社华盛顿11月2日电（记者任海军）美国航天局2日说，“好奇”号火星车首次分析了火星大气，未发现其中含有甲烷。

地球大气中90%以上的甲烷由活体有机物制造，希望发现火星生命线索的地面项目科学家对火星大气中含有甲烷充满期待。但“好奇”号“火星样本分析”设备的首次分析结果令他们失望。

科学家此前通过地面和太空设备在火星大气中发现过甲烷，但浓度非常低，约为亿分之一至亿分之五。“好奇”号项目科学家认为，目前在火星上名为“岩巢”的地点未观测到甲烷并不意味着此前发现有误，因为甲烷可能在不同时间积聚于不同地点。