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1890年，美国天文学家珀西瓦尔·罗威尔利用大型望远镜观测火星，偶然发现在火星表面存在着一些沟壑，这些东西看起来和地球上人工开凿的运河极为相似。人们开始怀疑有“火星生命”的存在，大量关于“火星人”的科幻故事也广为流传。科学家们一直相信火星上有水资源的存在，而且可能是在火星两极或大气高层中以冰雪及水蒸气的形式存在。甚至有许多科学家相信，火星上也可能曾分布有河流和冰川。因为从目前观测到的照片来看，火星上有许多峡谷和沟壑看起来应该是水流冲击而成的。为了证明火星上的确有生命之源——水的存在，美国和苏联两个超级大国从20世纪60年代起就开始了大量的火星探测工程。
1960年10月，苏联先后两次发射了火星探测器，不幸的是都还没有进入火星的轨道就失事了。
1962年11月1日，苏联又发射了3个火星探测器，其中一个在飞往火星的途中与地球失去了联系，而另外2个只飞到火星的轨道上便停留在那里了。
1964年11月28日，美国发射了“水手4号”探测器。在1965年7月14日飞至距火星9280千米的地方，“水手4号”成功地在近距离拍到了22张关于这颗红色星球的照片。
1971年5月19日和5月28日，苏联连续发射了“火星2号”和“火星3号”探测器。同年的12月15日，苏联的“火星3号”首次在火星上着陆，并从火星表面向地球发送数据达20秒。
1971年5月30日，美国又成功发射了“水手9号”探测器，同年11月14日，“水手9号”驶入距火星1280千米的轨道，并在该轨道上运行将近1年时间，拍摄照片7328张。依据这些照片资料，美国第一次为火星上的高地、火山、洼地和峡谷等地形命名。
1975年8月20日和9月9日，美国又分别发射了“海盗1号”和“海盗2号”探测器。1976年7月20日和9月3日，这2个探测器依次在火星上成功着陆，大量新的宝贵数据和图像被发回到地球。其中的“海盗1号”在火星上工作了6年，两次登陆都没有在火星上找到任何有生命的特征或痕迹。
由上述事实可看出，在这些早期的火星探测中，最成功的应该是美国的“海盗1号”和“海盗2号”探测器。美国宇航局于1975年发射了这两个“海盗号”火星探测器。探测器经过为期一年的星际旅行，终于成功进入了火星大气层，并分别在火星着陆。科学家们在这两个着陆器上装备了大量的精密仪器，这些仪器能分析火星的土壤，同时也能对火星上的气压、风速、温度等指标进行测量，并确定了组成火星大气的元素构成。为了探测火星上是否存在生命的迹象，科学家们还专门设计了一些实验。在这些实验中，探测器先是用机械手臂挖掘采集了火星的土壤样本，再通过实验来对土壤样本进行分析研究，结果发现，火星土壤中能够释放出气体。然而那时的科学家却将之归因于化学反应。
在1999年，曾为美国宇航局工作过的南加利福尼亚大学的神经生物学家约瑟夫·米勒要求美国宇航局重新研究20多年前的实验结果。因为米勒坚信，美国宇航局在1975年发射的“海盗号”火星探测器探测收集到的资料中，有可以证实火星上存在生命的证据。但由于后来有关的资料丢失了，到目前为止，美国宇航局的研究还只能证明火星表面发生过化学反应。米勒进一步指出，是美国宇航局把实验的数据弄丢了。美国宇航局考虑了米勒的意见，彻底查找了档案里的资料，终于有一份被忽视已久的电脑记录被找了出来。由于这份记录所用的是极为陈旧的编码格式，已经没有能识别这种编码程序的设计师在世。因此米勒只能靠美国宇航局人员保留下来的数据备份进行自己的研究工作。那些数据很少，只是原来的1/3而已。米勒把资料集中起来进行分析，终于得出结论，认为在火星上很可能有过生命。2001年11月28日，他在圣迭戈召开的科学研讨会上，米勒将他的研究成果公布于世。
“海盗号”着陆器
进入20世纪90年代以后，由于苏联的解体，火星探测几乎成了美国人的“专利”。美国在这期间先后进行了多次火星探测。
1992年9月24日，为了考察火星的地理和气候状况，美国发射了“火星观察者号”探测器，为载人飞船飞往火星探测道路。
1996年，美国将“火星开拓者号”探测器发射到太空中，并把相当多的火星照片发回地球。3个月后，美国“火星全球测量者号”探测器进入火星轨道，开始绘制火星地图。
2001年10月29日，美国火星探测器“2001火星奥德赛”又在火星上取得了大量的探测结果。
2001年11月底，美国科学家对火星探测器发回的新照片进行了研究，提出了火星表面部分地区很可能存在水的固态形式（即冰）的设想。这项研究结果认为，火星表面在早期分布着广阔的海洋，火星上每平方千米拥有的水量甚至比地球还多。
美国布朗大学的科学家在英国《自然》杂志上发表文章说，“火星环球勘探者”探测器仍在围绕火星飞行，并向地球发回了8000多张高清晰度照片。在对这些照片进行研究后，发现有一种地形较为光滑。科学家认为，这种地形表明该区域的土层是多孔的土壤里面渗入了水后结冰、凝固而成的，或者是水混合了冰、尘土和岩石等，在火星表面形成了一层厚度达90厘米的覆盖层。在庞大的火星表面，从火星寒冷的南极直到大约南纬60度的很大一片区域里都是这样的含水区。
虽然目前只找到了水分解反应的产物之一——氢原子，但是这一发现对于推测火星曾经有过的含水量大有帮助。
研究还表明，早期的火星上有一个海洋，其深度最深可达1.6千米。由于发生了化学反应，加上小行星和彗星的撞击，致使火星在过去几百万年中逐渐失去了所有的水分。
研究人员认为，水仍然存在于火星土壤深处，或者是处于冰冻状态。
假如将来可以证实这一发现，便会使火星上曾经存在液态水甚至简单生命的可信度大大提高。假如人类可以进一步探测出充足的水资源，那么，人类进行更进一步的火星考察乃至移居火星都将变得更加容易。