Mars je planet koji je od davnina poznat ljudima. Zbog njegove crvenkaste pojave na nebu, kao "zvijezda" crvenkaste, najčešće je povezivan s bogovima rata. Od pojave prvih teleskopa Mars je dobivao povećanu pažnju. Unatoč upotrebi teleskopa, sve do kraja 18. stoljeća Mars je ostao misteriozan planet, iznimno zahtjevan za promatranje. Početkom 19. stoljeća teleskopi su po prvi put omogućili jasno uočavanje detalja na njegovoj površini. Vrlo brzo su napravljene karte, a na neki od promatrača vidjeli su kanale. Uočavanje kanala u kombinaciji s malim, ali uočljivim promjenama kontrastnih pojava, stvorili su dojam kako na Marsu postoje vodene površine, vegetacije i da je to pustinjski planet kojeg njegovi stanovnici spašavaju od katastrofe. Ovakva teoretiziranja su raspalila maštu javnosti što je zacementiralo Mars kao planet zanimljiv običnim ljudima i znanstvenicima. Primjena modernih znastvenih metoda početkom 20. stoljeća dale su naznake kako je Mars prehladan i presuh za postojanje kompleksnog života. Iako su ovakva otkrića mnoge razočarala, istraživanje planeta svemirskim sondama otkrilo je kako je Mars planet fascinantne geologije i površinskih pojava. Danas su istraživanja Marsa uglavnom usmjerena na otkrića vezana u moguće postojanje života u njegovoj najranijoj povijesti.
Povijest promatranja
Promatranja prije pojave teleskopa
Promatrači neba prije pojave teleskopa nisu mogli uočiti nikakve detalje na Marsu osim njegova kretanja kroz zviježđa. Prateći promjene sjaja i položaja Marsa, već su stari astronomi zaključili kako se on približava i udaljava od Zemlje. Mars je prvi put zabilježen u Faraonskom Egiptu, u 2. milijeniju prije nove ere. Kineski zapisi o planetu počinju 1045. godine prije Krista, a Babilonci su razvili tehniku za predviđanje budućeg položaja planeta.
Grčki astronomi su svoje znanje preuzeli od Babilonaca, koji su Mars zvali po bogu rata Nergalu. U grčkoj nomenklaturi Mars je nosio ime Ares, grčkom bogu rata. Aristotel je 365. pr. Kr. promatrao okultaciju Marsa od strane Mjeseca. na temelju svojih zapažanja Aristotel je zaključio kako se Mars nalazi dalje od Mjeseca.Kasnije je u svojim radovima opisao geocentrični model Sunčeva Sustava, u kojem se planeti i Sunce okreću oko Zemlje. Njegov model je dodatno rafinirao Ptolomej u 2. stoljeću, kada je dodao epicikle na putanje planeta kako bi objasnio retrogradno gibanje.
Indijski astronomi su u 5. stoljeću procijenili kutni promjer Marsa na 2 lučne minute a njegovu udaljenost na 10.4 milijuna km od Zemlje. Iz ovih podataka dobije se promjer Marsa od 6070 km, što je samo 11% manje od moderne vrijednosti. Nažalost, vjeruje se kako su ove procjene čista nagađanja nastala pod utjecajem Ptolomeja, koji je kutni promjer Marsa procijenio na 1.5 lučnih minuta.
Gotovo tisuću godina kasnije, Nikola Kopernik je razvio model heliocentričnog Sunčevog Sustava u kojem je Mars četvrti planet po redu od Sunca, odmah iza Zemlje. Heliocentričan model je lako objašnjavao retrogradno gibanje i uvelike olakšao predviđanja položaja planeta. Nažalost, Kopernik nije uspio izbjeći utjecaj starijih filozofa te je putanje planeta oko Sunca opisao kružnicama.
Sljedeći veliki iskorak učinio je Johannes Kepler početkom 17. stoljeća. Kepler je koristio tada najtočnija promatranja položaja planeta koje je prikupio Tycho Brahe, danski astronom. Kepler je želio izračunati točnu orbitu Marsa kako bi se njegovi položaji u budućnosti mogli preciznije predvidjeti. Unatoč svom silnom zalaganju nije mu pošlo za rukom pomoriti podatke promatranja i kružnu orbitu. Na kraju je orbitu probao opisati elipsom i ubrzo je uvidio kako se podatci jako dobro poklapaju. Kasnije je na temelju rada s Marsom izveo tri zakona planetarnog gibanja.
Promatranja teleskopom
Vjeruje se kako je prvi teleskop prema Marsu usmjerio Galileo Galilej 1610. godine. Otkrio je kako je Mars disk s fazama iz čega se zaključilo kako je on sferično tijelo obasjano Suncem. Prvi crtež Marsa izradio je talijanski učenjak Francisco Fontana 1636. godine. Nažalost, njegov teleskop je bio preslab kako bi uočio stvarne detalje na površini planeta, ali je poput Galileja, uočio faze. Prvi koji je uistinu uočio neki detalj na Marsu je Christiaan Huygens, koji je 28. studenog 1659. izradio crtež Marsa na koje je označio trokutastu mrlju. Vjeruje se kako je Huygens promatrao Syrtis Major, visoravan punu tamnog vulkanskog pijeska koja je jedna od najupečatljivijih pojava za promatrače sa Zemlje na disku planeta. Astronomi tog perioda su smatrali kako su tamne pojave na drugim nebeskim tijelima vodene površine, tj. mora (lat. maria). Koristeći Syrtis Major kao referencu, Huygens je procijenio period rotacije Marsa na oko 24h. Osim rotacije, procijenio je promjer Marsa na 60% Zemljinog, što se dosta dobro slaže s modernom vrijednošću. Na Huygensova otkrića nadovezao se Giovanni Domenico Cassini 1666. godine. On je izmjerio period rotacije na 24h i 40 minuta, samo 3 minute više od moderne vrijednosti, te je prvi koji je definitivno uočio polarnu kapu. Cassini je primijetio kako se polarne kape smanjuju i šire, ovisno o tome na kojoj je polutki Marsa bilo ljeto.
Cassini je 1671. iskoristio paralksu Marsa kako bi odredio veličinu Sunčevog sustava. U suradnji s Jeanom Picardom i Jeanom Richerom izmjerili us u isto vrijeme položaj Marsa u odnosu na okolne zvijezde s dvije lokacije, iz Pariza i Cayenna u Francuskoj Gvajani. Poznavajući udaljenost između tih lokacija i kut u vrhu trokuta gdje se nalazio Mars, uspjeli su izračunati po prvi put stvarne dimenzije Sunčevog sustava. Unatoč skromnim instrumentima u odnosu na današnje, rezultati njihovih mjerenja se od modernih vrijednosti razlikuju samo 10%.
Početkom 18. stoljeća astronomi su počeli izrađivati crteže Marsa na kojima su bile ucrtane i finiji detalji na disku planeta. Francuski astronom Jean-Dominique Maraldi proveo je sustavna promatranja Marsa te je prvi uočio tamni pojas koji se pojavljuje nakon topljenja polarnih kapa. Osim polarnog pojasa, on je prvi uočio pojave za koje je vjerovao da su oblaci u atmosferi.
William Herschel je teoretizirao da je tamni pojas uz polarne kape posljedica njihovog otapanja. On je pretpostavio kako led na kapama nije previše debel jer se tokom ljeta u potpunosti otopi. Herschel je svojim moćnim teleskopima uočio žućkaste pjege promjenjive forme za koje je vjerovao da su "oblaci i pare koje plutaju atmosferom". Promatranjem polarnih kapa Herschel je na kraju izračunao nagib osi rotacije Marsa. Njegova teorija je bila kako je Mars hladan planet, s oceanima i jezerima, crvenkastim kontinentima, oblacima i polarnim snijegom.
Kasnije je Herschel zajedno s Johannom Schröterom bio prvi koji je zabilježio tanke pojave na crtežima Marsa, poput "repa" koji se nastavljao na vrh Syrtis Majora.
Kartiranje površine
Godine 1840. Nijemci Wilhelm Beer i Johann Mädler izradili su prvu globalnu kartu Marsa. Mnoge od današnjih pojava na površin su prepoznatljive na njihovoj karti, ali postoje naznake kako su neka područja doživjela promjene kroz 150 godina. Dvadesetak godina kasnije, 1863., svećenik Pietro Angelo Secchi izradio je prvu skicu Marsa u boji.
Sredinom 19. stoljeća pojavila se nova grana astronomije, spektroskopija. Razbijajući svjetlost nebeskih objekata u prizmama ili koristeći difrakcijske rešetke, moguće je uočiti spektralni potpis pojedinih kemijskih elemenata. Vodeći se tom idejom, fizičari Pierre Jules Jansen i William Huggins proučavali su spektar svjetlosti koju je reflektirao Mars kako bi uočili prisutnost kisika i vodene pare. Nažalost, rezultati njihovog istraživanja iz 1867. godine bili su nejasni.
Promatrajući Mars u opoziciji iz 1869., Angelo Secchi opisao je pojedine pojave na disku planeta kao kanale. Njegova je namjera nastaviti konvenciju prema kojoj se tamne pojave nazivaju morima. Nažalost, ovakav opis linearnih pojava na disku planeta unijet će zbrku među astronome koja će potrajati sljedećih 50 godina.
Napredak teleskopa i vezanih instrumenata omogućio je izradu prvih modernih karti površine Marsa. Engleski promatrač Richard Proctor 1871. izradio je na temelju dotadašnjih promatranja svoju kartu Marsa. Na njoj je uveo neobičnu i zbunjujuću nomenklaturu, imenujući pojave po kolegama astronomima, živućim i onima davno preminulim. Kao primjer se može navesti kako je današnja regija poznata kao Syrtis Major nosila ime Dawesov Ocean i Keiserovo More.
Godina u kojoj se pogled na Mars značajno izmijenio je 1877. Konfuzija oko imenovanja pojava na Marsu navela je milanskog astronoma Giovannija Schiaparellija na uvođenje nove nomenklature. Iskoristio je iznimno povoljnu opoziciju iz 1877. kako bi planet proučavao do velikih detalja. Schiaparelli je albedo pojave na Marsu nazvao po klasičnim i mitološkim mjestima iz prostora Mediterana. Tako su Dawesov Ocean i Kaiserovo More preimenovani u Syrtis Major prema velikom zaljevu na Libijskoj obali. Schiaparelli je iskoristio nazive iz Egipatske mitologije (Isidis Planitia), biblijskih zemalja (Tharsis) i grčke mitologije (Elysium).
Za tamne mrlje na disku planeta i dalje je pretpostavljao kako se radi o morima. Zanimljivo je kako su neke regije dobile naziv po stvarnim lokacijama na Zemlji. Tako su na Marsu našle Arabia Terra i Libya Montes, a koincidencija je kako su obje regije vjetrovite pustinjske visoravni, donekle slične zemaljskim predjelima po kojima su dobile ime. Schiaparelli je izradio kartu Marsa na temelju vlastitih opažanja i njegov rad je postao veoma utjecajan. Na novoj karti našle su se ucrtane i duguljaste pravocrtne forme koje je Schiaparelli, poput Secchia 10 godina ranije, prozvao kanalima.
Tokom iste opozicije iz 1877. Američki astronom Asaph Hall otkrio je dva malena Marsova satelita, Fobos (Strah) i Deimos (Trepet). Oba satelita su dobila ime po konjima koji su vukli kola grčkog boga rata Aresa. Engleski promatrač Nathaniel Everett Green, po zanimanju slikar, na temelju vlastitih promatranja s otoka Madeira izradio je vlastitu kartu Marsa. On je i dalje koristio Proctorovu nomenklaturu ali njegova karta nije pokazivala kanale koje je Schiaparelli zabilježio. Nažalost, Greenov rad nije bio toliko utjecajan i njegova karta se danas spominje više kao zanimljivost, unatoč tome što je grafički kvalitetnija i površinu Marsa prikazuje realnije od Schiaparallijeve karte.
Doba kanala na Marsu
Izvještaji o kanalima na Marsu podijelili su astronome u dva tabora, one koji su vjerovali da su kanali plod inteligentnog života i one koji su ih smatrali optičkom varkom. Nakon opozicije iz 1877. sljedećih 15 godina promatrači diljem svijeta izvjestili su o uočavanju kanala na površini Marsa. Sa svakim novim izvještajem mreža kanala je postajala sve kompleksnija. Neki od znanstvenika postavljali su teorije kako bi objasnili nastanak kanala bez uplitanja inteligencije. Abbe Moreaux, geolog, pretpostavio je 1890. kako su kanali pukotine na površine nastale stezanjem i rastezanjem planeta.
Najveći zagovornik marsovih kanala tog vremena bio je astronom amater Percival Lowell. On je o vlastitom trošku izgradio zvjezdarnicu u gradiću Flagstaffu u Arizoni 1894. godine. Lokacija je bila odlična za astronomski opservatorij jer je zrak na toj lokaciji bio iznimno stabilan i čist, a vrijeme stabilno. Nakon godinu dana detaljnog promatranja Marsa, Lowell je potvrdio postojanje kanala, duplanje istih i otkriće oaza. Dapače, primijetio je četiri puta više kanala od Schiaparallija, a uspješnost u otkrivanju kanala pripisao je odličnom lokacijom zvjezdarnice. Svoja otkrića je objavio u popularnoj knjizi Mars. U knjizi je iznio svoja opažanja i objašnjenje uočenih pojava pomoću fantastičnih hipoteza. Lowell je vjerovao kako Mars nastanjuje razvijen oblik inteligentnog životanja koji mrežom kanala za vodu pokušava svoj planet održati nastanjivim. Knjiga je bila veoma popularna jer je Lowell bio talentirani pisac koji je lako mogao zaokupiti laike.