Самыми заметными деталями на диске Марса оказались светлые полярные шапки. Кроме них, вскоре были выделены обширные желтовато-оранжевые территории, названные материками, и темные, серовато-голубого оттенка пятна, получившие названия морей.
Белый цвет полярных шапок по аналогии с земными полярными областями наводил на мысль о царстве льда и снега. Оранжевый цвет материков напоминал песчаные просторы земных пустынь. А темно-голубые пятна морей в первое время и впрямь казались гигантскими водоемами.
В конце XVIII века были обнаружены периодические изменения размеров полярных шапок планеты. Это связывали с сезонным таянием снега и льда. А примерно сто лет спустя астрономы объявили о существовании каналов на поверхности Марса, по которым, как могло показаться, влага распространяется от полярных шапок в средние и экваториальные широты.
Наконец, в первой половине нашего столетия астрономы убедились в том, что Марс обладает атмосферой, в которой иногда над полярными шапками возникают неустойчивые голубовато-белые облака. Такие же облачные образования на короткий срок появлялись вблизи экватора и в средних широтах. Было отмечено, что есть определенные области поверхности, над которыми облака возникают постоянно. Астрономы предположили, что в этих местах расположены возвышенности, высокие горы. По наблюдениям с Земли было обнаружено и такое важное для природы Марса явление, как пылевая буря, периодически охватывающая всю планету.
В 60-х годах начались космические исследования красной планеты. В конце 1962 года, за три месяца до очередного противостояния, в Советском Союзе в сторону Марса была запущена межпланетная автоматическая станция «Марс-1».
Первый марсианский разведчик весил почти 900 кг и был оснащен многочисленными приборами для исследования межпланетного пространства и красной планеты.
Во время перелета по плавной дуге, изогнувшейся между орбитами Земли и Марса, автоматическая станция передала данные об интенсивности космического излучения в межпланетной среде, о магнитных полях, распределении метеоритов, встреченных по пути во время пересечения двух метеоритных потоков, и другие сведения. Но сохранить работоспособность до конца далекого путешествия в суровых условиях неизведанного космоса первому разведчику не удалось. Последний сеанс связи с аппаратом состоялся в конце марта 1963 года, когда «Марс-1» удалился от Земли на 106 миллионов километров. До встречи с Марсом оставалось еще три месяца полета…
Прошло еще несколько лет, и осенью 1971 года на орбиты искусственных спутников Марса вышло сразу три космических аппарата — американский «Маринер-9» и советские «Марс-2» и «Марс-3». Марс стал первой после Земли планетой Солнечной системы, у которой появились искусственные спутники.
Незадолго до этого, в 1965 году и в 1969 году, были получены первые фотографии марсианской поверхности с пролетных космических аппаратов серии «Маринер», запущенных в США. Во многом эти снимки были сенсационны — на поверхности Марса обнаружили кратеры, подобные лунным, не было никаких следов знаменитых марсианских каналов и так далее. Но по-настоящему систематические и глубокие исследования этой планеты начались с появлением долговременно действующих орбитальных космических аппаратов — искусственных спутников Марса. В 1974 году исследования Марса продолжили советские автоматические станции «Марс-4», «Марс-5», «Марс-6» и «Марс-7», а в 1976 году — американские аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2».
С помощью космических аппаратов была получена богатейшая информация о природе Марса в процессе изучения с пролетных траекторий, с орбит искусственных спутников и непосредственно на поверхности планеты.
Во время великого противостояния в августе 1877 года были открыты два маленьких естественных спутника Марса, которым дали названия Фобос и Деймос. Размеры их оказались столь малы, что даже самые крупные телескопы не способны с Земли увидеть очертания этих тел. Примерные размеры спутников астрономы пытались установить по величине их блеска.