dreapta|miniatura|Cerul înnorat al planetei Marte observat de roverul Perseverance în 2023, sol 738.
Clima planetei Marte a fost un subiect de interes științific timp de secole, în parte deoarece este singura planetă terestră a cărei suprafață poate fi observată relativ ușor în detaliu de pe Pământ cu ajutorul unui telescop.
Deși Marte este mai mică decât Pământul, având aproximativ o zecime din masa acestuia, și fiind cu aproximativ 50% mai îndepărtată de Soare decât Pământul, clima sa prezintă unele asemănări importante, precum existența calotelor polare, variații sezoniere și fenomene meteorologice observabile. Aceste caracteristici au atras un interes susținut din partea planetologilor și climatologilor.
Deși clima lui Marte prezintă anumite asemănări cu cea a Pământului, inclusiv posibile ere glaciare periodice, există și diferențe importante, cum ar fi o inerție termică mult mai redusă. Atmosfera marțiană are o înălțime de scară de aproximativ 11 km, cu aproximativ 60% mai mare decât cea a atmosferei terestre. Studiul climei marțiene este important și pentru întrebarea dacă viața a existat vreodată pe planetă.
Marte a fost studiată cu instrumente de pe Pământ încă din secolul al XVII-lea, însă abia după începutul explorării spațiale a lui Marte, la mijlocul anilor 1960, au fost posibile observații detaliate de aproape. Sondele de survol și orbitatoarele au furnizat date globale, iar landerele și roverele au realizat măsurători directe ale condițiilor atmosferice.
Prima misiune de survol a planetei Marte a fost Mariner 4, care a ajuns în 1965. Trecerea sa rapidă de două zile (14–15 iulie 1965), cu instrumente relativ rudimentare, a furnizat doar informații limitate despre atmosfera marțiană. Misiunile ulterioare Mariner 6 și Mariner 7 au completat unele dintre lacunele privind datele climatice de bază. Studiile climatice bazate pe observații directe au început cu sondele din programul Viking în 1975 și au continuat ulterior cu misiuni precum Mars Reconnaissance Orbiter.
Aceste observații au fost completate de simulări numerice realizate cu ajutorul unor modele climatice numite model de circulație generală pentru Marte (MGCM – Mars General Circulation Model).
Observații climatice istorice a stabilit în 1704 că calota polară sudică nu este centrată pe polul de rotație al lui Marte. În timpul opoziției din 1719, Maraldi a observat ambele calote polare și variabilitatea sezonieră a întinderii lor.
William Herschel a fost primul care a dedus densitatea scăzută a atmosferei marțiene în lucrarea sa din 1784 intitulată On the remarkable appearances at the polar regions on the planet Mars.... Observând că Marte trecea aparent pe lângă două stele slabe fără a le afecta strălucirea, Herschel a concluzionat corect că atmosfera planetei este foarte subțire.
Descoperirea de către , în 1809, a „norilor galbeni” de pe suprafața lui Marte reprezintă prima observație cunoscută a furtunilor de praf marțiene.
Flaugergues a observat de asemenea, în 1813, o scădere semnificativă a gheții polare în timpul primăverii marțiene. El a speculat că acest lucru indica o planetă mai caldă decât Pământul, ipoteză care s-a dovedit ulterior incorectă.
Paleoclimatologie marțiană Există două sisteme de datare utilizate în prezent pentru timpul geologic marțian. Unul se bazează pe densitatea craterelor și definește perioadele , și Amazonian. Celălalt este o cronologie mineralogică, cu perioadele Phyllocian, Theikian și Siderikian.
Observațiile și modelarea recente oferă informații nu numai despre condițiile climatice actuale ale planetei, ci și despre trecutul său. Atmosfera marțiană din epoca noachiană a fost mult timp considerată bogată în dioxid de carbon. Observațiile spectrale ale depozitelor de minerale argiloase și modelarea condițiilor de formare ale acestora au arătat însă că în argilele formate atunci există foarte puțin sau deloc carbonat.
Descoperirea de minerale asociate cu apă, precum hematit, jarozit și goetit, de către roverele Opportunity și Spirit, sugerează că în trecutul îndepărtat condițiile climatice au permis existența apei lichide.
Unele studii sugerează că vulcanii din regiunea Tharsis ar fi avut o influență majoră asupra climei timpurii a planetei, prin eliberarea de vapori de apă și CO₂ în atmosferă.Hartmann, W. 2003. A Traveler's Guide to Mars. Workman Publishing. NY.
Totuși, s-a dovedit dificilă construirea unor modele climatice globale care să producă temperaturi medii peste 0 °C pentru perioade îndelungate din istoria planetei.
Vreme dreapta|miniatura|Nori marțieni de dimineață observați de Viking Orbiter 1 (1976)
Temperatura și circulația atmosferică pe Marte variază în fiecare an marțian. Spre deosebire de Pământ, Marte nu are oceane, ceea ce reduce variabilitatea climatică interanuală.
Datele colectate de Mars Orbiter Camera începând din 1999, acoperind aproximativ 2,5 ani marțieni, arată că vremea marțiană tinde să fie mai repetitivă și mai previzibilă decât cea de pe Pământ.
Pe 29 septembrie 2008, modulul de aterizare Phoenix a detectat zăpadă care cădea din nori aflați la aproximativ 4,5 km deasupra locului de aterizare, în apropiere de craterul Heimdal. Precipitațiile s-au evaporat înainte de a ajunge la sol, fenomen numit virga.
Nori dreapta|cadru|Nori de gheață care se deplasează deasupra locului de aterizare Phoenix pe o perioadă de 10 minute (29 august 2008)
Furtunile de praf marțiene pot ridica în atmosferă particule fine, în jurul cărora se pot forma nori. Acești nori pot apărea la altitudini foarte mari, până la aproximativ 100 km deasupra suprafeței planetei.
Norii se pot forma în mod natural și prin condensarea vaporilor de apă sau a dioxidului de carbon solid din atmosferă.
În anumite condiții se pot forma și nori irizanți rari, uneori comparați cu norii „mother-of-pearl” de pe Pământ, atunci când particulele de gheață se formează aproape simultan și difractă lumina în mod similar.
Primele imagini ale planetei Marte transmise de Mariner 4 au arătat nori slabi în atmosfera superioară. Acești nori sunt foarte puțin vizibili și pot fi observați în principal prin reflexia luminii solare pe fundalul întunecat al cerului marțian. Din acest punct de vedere, ei sunt asemănători cu norii noctilucenți din mezosfera Pământului, care apar la aproximativ 80 km altitudine.
Temperatura Măsurătorile temperaturii marțiene au început înainte de Era spațială, însă instrumentele și tehnicile timpurii de radioastronomie produceau rezultate aproximative și adesea divergente.
Primele sonde de survol, precum Mariner 4, au utilizat tehnica ocultării radio pentru a studia atmosfera marțiană. Având deja dedusă compoziția chimică a atmosferei prin spectroscopie, cercetătorii au putut estima temperatura și presiunea atmosferică. Totuși, această metodă măsoară proprietățile atmosferice doar de-a lungul a două transecte, la intrarea și ieșirea traiectoriei navei spațiale din discul planetei văzut de pe Pământ, rezultând astfel doar „instantanee” locale ale vremii.
Misiunile ulterioare, începând cu Mariner 6 și Mariner 7, precum și sondele sovietice Marte 2 și Marte 3, au transportat detectoare în infraroșu pentru a măsura energia radiantă emisă de planetă. Mariner 9 a fost prima misiune care a plasat pe orbita lui Marte atât un radiometru, cât și un spectrometru în infraroșu, în 1971.
Au urmat misiunile Viking 1 și , echipate cu radiometre termice în infraroșu (IRTM).
Aceste misiuni au putut corela datele de teledetecție cu măsurători directe realizate de landerele lor in situ, inclusiv prin intermediul instrumentelor meteorologice de la suprafață și prin senzori de temperatură și presiune utilizați în timpul coborârii atmosferice.
Au fost raportate diferite valori in situ pentru temperatura medie globală de pe Marte, o valoare frecvent citată fiind aproximativ −63 °C.
Temperaturile de la suprafață pot ajunge până la aproximativ 20 °C la amiază, în apropierea ecuatorului, și pot scădea până la aproximativ −153 °C la poli.
Măsurătorile efectuate la locul de aterizare al misiunilor Viking au indicat temperaturi ale aerului variind între −17,2 °C și −107 °C. Cea mai ridicată temperatură a solului estimată de orbiterul Viking a fost de aproximativ 27 °C.James E. Tillman Mars – Temperature Overview
Roverul Spirit a înregistrat o temperatură maximă a aerului de aproximativ 35 °C în timpul zilei (la umbră), iar în mod regulat au fost observate temperaturi peste 0 °C, cu excepția sezonului de iarnă marțian.Extreme Planet Takes its Toll Jet Propulsion Laboratory Featured Story, June 12, 2007.
Proprietăți și procese atmosferice dreapta|miniatura|Marte – gaze atmosferice principale – (roverul Curiosity, instrumentul Sample Analysis at Mars, octombrie 2012)
Presiunea atmosferică scăzută Atmosfera marțiană este compusă în principal din dioxid de carbon și are o presiune medie la suprafață de aproximativ 600 Pa, mult mai mică decât cea a Pământului (aproximativ 101.000 Pa). Un efect al acestei presiuni reduse este faptul că atmosfera marțiană reacționează mult mai rapid la un aport de energie decât atmosfera terestră.
În consecință, Marte este supusă unor puternice maree termice produse de încălzirea solară, mai degrabă decât de efecte gravitaționale. Aceste maree pot fi semnificative, reprezentând până la aproximativ 10% din presiunea atmosferică totală (de obicei în jur de 50 Pa). Atmosfera terestră prezintă și ea maree diurne și semidiurne similare, dar efectul lor este mult mai puțin vizibil datorită masei mult mai mari a atmosferei Pământului.
Deși temperatura pe Marte poate depăși uneori punctul de îngheț, apa lichidă este instabilă pe cea mai mare parte a suprafeței planetei, deoarece presiunea atmosferică se află sub punctul triplu al apei, iar gheața tinde să sublimeze direct în vapori.
O excepție o reprezintă regiunile joase, în special bazinul de impact Hellas Planitia, cel mai mare crater de acest tip de pe Marte. Datorită adâncimii sale, presiunea atmosferică la fundul bazinului poate ajunge la aproximativ 1155 Pa, peste punctul triplu al apei; prin urmare, dacă temperatura ar depăși local punctul de îngheț, acolo ar putea exista temporar apă lichidă.
Vântul dreapta|miniatura|Parașuta roverului Curiosity fluturând în vântul marțian (/MRO) (12 august 2012 – 13 ianuarie 2013) miniatura|Urme ale vârtejurilor de praf în (10 aprilie 2001)
Suprafața planetei Marte are o inerție termică foarte scăzută, ceea ce înseamnă că se încălzește rapid atunci când este iluminată de Soare. Oscilațiile zilnice ale temperaturii, în afara regiunilor polare, sunt de obicei de aproximativ 100 K.
Pe Pământ, vânturile se dezvoltă adesea în zone unde inerția termică se schimbă brusc, cum ar fi la tranziția dintre mare și uscat. Pe Marte nu există oceane, însă există regiuni unde proprietățile termice ale solului diferă semnificativ. Acest lucru generează vânturi de dimineață și de seară asemănătoare brizelor marine de pe Pământ.
Proiectul Antares „Mars Small-Scale Weather” (MSW) a identificat unele limitări ale modelelor climatice globale (GCM), datorate modelării relativ simplificate a solului în aceste modele. Transferul de căldură între sol și atmosferă este foarte important pe Marte, ceea ce impune scheme de modelare a solului cât mai precise.
La latitudini joase domină circulația Hadley, similară procesului care produce alizeele pe Pământ. La latitudini mai mari, circulația atmosferică este dominată de sisteme de presiune înaltă și joasă asociate valurilor baroclinice.
Marte este mai rece și mai uscată decât Pământul; în consecință, praful ridicat de vânturi rămâne mult timp în atmosferă, deoarece nu există precipitații care să îl elimine (cu excepția ninsorilor de CO₂).
O diferență majoră între circulația Hadley de pe Marte și cea de pe Pământ este viteza acesteia, care este exprimată prin scara de timp de răsturnare. Pe Marte aceasta este de aproximativ 100 de zile marțiene, în timp ce pe Pământ depășește un an.