Dopo i primi fallimenti russi e americani, nel 1965 il Mariner4, giunto a 10.000 km di distanza dal pianeta, inviò 22 fotografie e diverse informazioni che ritraevano un pianeta dalla superficie sensibilmente craterizzata e senza vita, dall’atmosfera molto ricca di CO2 e scarsa di azoto e con una pressione alla superficie tanto bassa da dover senz’altro escludere la presenza di acqua allo stato liquido. Nel maggio 1971 l’URSS lanciò la sonda ‘Mars3’ composta di Orbiter e Soft Lander. Questo fu il primo atterraggio di successo su Marte; il Lander riuscì a trasmettere all’Orbiter solo 20 secondi di videodati per poi restare muto per sempre.

Nel Dicembre del 1971, il Mariner 9, giunto a 1370 km di distanza incominciò a mappare l’emisfero meridionale del pianeta ed a scattare, dopo che si fu placata un’intensa tempesta di polvere in atto all’arrivo della sonda, 7239 stupefacenti fotografie di Marte che rivelarono immensi vulcani, profondi ed ampi crepacci che si estendono su un quarto della circonferenza del pianeta, colossali bacini da impatto ed interessanti configurazioni molto simili a letti di fiumi prosciugati, vallate, isole, litorali ed altri segnali inconfondibili della presenza, in altri tempi, di grandi quantità di acqua in superficie. Fu chiaramente evidente che, nel passato, un’atmosfera marziana più densa permise all’acqua di scorrere sul pianeta.

Nel 1975, con il Viking1 (che atterrò su Chryse Planitia a 47,8° lat. nord e 22,5°long. ovest) ed il Viking2 (che atterrò su Utopia Planitia a 48° lat. nord e 225,6° long. ovest), ebbe inizio la seconda fase dell’esplorazione di Marte. Nel punto dove atterrò il Viking2, Utopia Planitia, il cielo, a causa della polvere rossastra nell’atmosfera, appare color rosa; senza questa polvere apparirebbe invece quasi nero a causa della sottigliezza dell’atmosfera marziana.

Il 20 Luglio 1976, mentre le telecamere dell’Orbiter riprendevano a 2000 km di distanza immagini ad alta risoluzione del pianeta, il Lander del Viking1 atterrava nella ‘Chryse Planitia’ (il grande bacino di terre basse a nord della Valles Marineris) analizzando la struttura e la composizione dell’atmosfera e realizzando test chimici di campioni di suolo alla ricerca di micro-organismi marziani, e fornendo vedute panoramiche, dettagliate e a colori del suolo marziano.
Secondo alcuni scienziati, che esaminarono gli esperimenti sui campioni, ci sarebbe stata evidenza di vita batterica mentre la posizione ufficiale della NASA fu che niente sembrava indicare la presenza di vita.

Durante l’inverno del Viking1 un sottile strato di brina d’acqua si formò sul terreno circostante per circa 100 giorni.
Il 7 Agosto del 1976, il Lander Viking2 (che, a detta di alcuni, secondo i piani avrebbe dovuto atterrare a Cydonia per far maggior luce sulle incerte rivelazioni di Mariner9) atterrò in una zona desertica e rocciosa ma meno collinosa di Chryse Planitia, con il nome di Utopia Planitia, a 47,7° di latitudine nord. Se il Lander fece esperimenti per cercare micro-organismi marziani e fornì vedute panoramiche dettagliate a colori, l’Orbiter mappò la superficie del pianeta con oltre 52.000 immagini.

Il 4 Luglio 1997 atterrò su Marte la sonda Pathfinder, alimentata ad energia solare.
Questa missione sperimentò con successo un nuovo modo di atterraggio usando airbags che avvolgevano la sonda in quanto su Marte, essendo l’atmosfera molto rarefatta, il paracadute non avrebbe potuto avere quell’efficacia che avrebbe avuto sulla Terra. L’impatto fece rimbalzare la sonda fino ad un’altezza di 15 m circa ed a questo movimento si susseguirono altri 15 balzi che la portarono a fermarsi, dopo 2,5 minuti, alla distanza di circa 1 km dal luogo dell’impatto iniziale.
L’atterraggio avvenne nella regione Ares Vallis, nel bassopiano denominato Chryse Planitia, a 19,33° nord e 33,55° ovest, in un’area che rappresenta lo sbocco di una di quelle valli di origine alluvionale. (Lì vi fu, nel lontano passato del pianeta, una gigantesca e catastrofica inondazione che scavò questo canyon e, presumibilmente, depositò rocce che erano state raccolte per tutto il pianeta, asportate dagli altopiani antichi e fortemente craterizzati e trascinate in basso dalla corrente).
Una volta che gli airbag si sgonfiarono e che tre pannelli solari si aprirono come i petali di un fiore, fu calata una rampa e, dal modulo d’atterraggio, scese il rover Sojourner (un piccolo robot a 6 ruote di 10,5 kg e grande come una scatola da scarpe) con a bordo un analizzatore chimico adibito allo studio delle rocce marziane. Il Soyourner camminò sul suolo marziano in un panorama interessante: due montagne gemelle sullo sfondo, le Twin Peaks, aree con e senza rocce e zone con dune di sabbia; il tutto sotto un cielo color giallo ambrato.

Pathfinder inviò un’infinità di informazioni fra cui 16.000 immagini dal Lander, 550 immagini dal Rover, più di 15 analisi chimiche delle rocce e dati sui venti, sul tempo, su temperatura e pressione.
La preoccupazione iniziale sulla possibilità che una tempesta globale di polvere potesse oscurare la luce solare ed impedire la necessaria alimentazione delle batterie del Lander risultò infondata, perché, anche durante una tempesta di sabbia, i pannelli avrebbero comunque ricevuto luce a sufficienza per caricarle. La fotocamera del Lander Pathfinder, detta IMP (Images for Mars Pathfinder), era formata da due occhi detti oculari che permisero di ottenere immagini tridimensionali degli oggetti e delle rocce, coperte da polvere di un rosso brillante. Grande fu l’interesse legato a questa missione per l’analisi delle rocce di Marte in quanto contengono, scritta nel minerali che le costituiscono, la storia della propria formazione.
Le rocce visibili dalle immagini inviateci dal Pathfinder sono di color grigio scuro e coperte di polvere giallo-brumastra. Nonostante tracce di lenta erosione eolica, le rocce e la superficie sembrano aver subito ben pochi cambiamenti dall’epoca della colossale inondazione e le differenze di colore possono essere il risultato di lievi variazioni nei minerali del ferro o nelle forme e dimensioni delle particelle che le compongono.
La maggior parte delle rocce marziane sono scavate, di varie forme (angolari, rotonde e vescicolari) e bucherellate, e questi buchi sembrano essere pieni di sabbia, quella sabbia che non è come quella delle nostre spiagge, ma più fine, quasi come farina bianca.

Da dove vengono queste rocce? Di che cosa sono fatte? Sono scavate dal vento?
Sono state arrotondate durante il trasporto da parte dell’acqua delle catastrofiche inondazioni e depositate sulla pianura dell’Ares Vallis? Sono state arrotondate dal trasporto glaciale? Derivano da antiche rocce conglomerate da cui ciottoli e sassolini vennero liberati dall’azione del tempo? O derivano dalla combinazione di quanto sopra? Questo, probabilmente, è o sarà lavoro dei geologi.
Dopo le stupefacenti immagini del Mariner9 e soprattutto dei Viking, che mostrarono canali di deflusso e strutture che fecero pensare all’esistenza di laghi sugli altopiani (indizi di un clima più umido e caldo nel passato di Marte tale da permettere l’esistenza dell’acqua in superficie), uno degli obiettivi scientifici del Pathfinder era appunto quello di trovare elementi che facessero luce sul passato clima di Marte.

Una prova indiretta della presenza di acqua su Marte in un lontano passato sono anche le dune di sabbia e le pietre inclinate o impilate, ad indicare il fatto che furono depositate da una veloce corrente d’acqua.
La colorazione giallo-ambrata del cielo di Marte (simile a quello ripreso dai Viking) è invece spiegabile per la presenza di polvere finissima nell’atmosfera, polvere fortemente magnetica perché, probabilmente, contiene impurità di un minerale fortemente magnetico).

Quanto alla temperatura e pressione del pianeta, i dati trasmessi dalla strumentazione meteorologica del Pathfinder hanno confermato regolari fluttuazioni delle stesse, sia giornaliere che a lungo termine (con temperature massime di –10°C verso le 14:00 di ogni giorno ed un minimo di –70°C appena prima dell’alba).
Le temperature mattutine di Marte variano enormemente a seconda dell’ora e dell’altitudine; al mattino l’aria fredda si riscalda a partire dalla superficie e risale in piccoli vortici. Infatti, secondo i sensori posizionati una prima volta a 25, poi 50 ed infine 1 metro di altezza sopra la sonda, i valori della temperatura risultano diversi. Una persona su Marte avvertirebbe a livello della testa, una temperatura almeno 20° più bassa rispetto a quella dei piedi. Al contrario, le temperature del pomeriggio, quando l’aria si è ormai riscaldata, non mostrano simili variazioni; durante la notte, il vapore acqueo congela intorno ai finissimi grani di polvere dell’atmosfera formando lievi nubi azzurre nel cielo del primo mattino per poi evaporare al sorgere del Sole.

Parlando della pressione del pianeta si è già detto che essa varia con il variare delle stagioni; durante l’inverno il freddo è tale che il 20/30% dell’atmosfera congela in corrispondenza del polo, formando un enorme strato di anidride carbonica solida. Al tempo stesso, la pressione raggiunge il suo minimo con un’atmosfera molto rarefatta e la calotta polare si trova al massimo della sua estensione. Le diverse condizioni atmosferiche relative alla temperatura rilevate dai Viking e dal Pathfinder potrebbero dunque semplicemente riflettere differenze stagionali e differenze date dai diversi tempi d’arrivo sul pianeta. Il Pathfimder infatti ha effettuato la sua discesa alle 3:00 del mattino, mentre i Viking sono giunti a destinazione alle 4:00 pomeridiane, quando l’atmosfera è più calda.