1960年，即前苏联第一个人造地球卫星发射三年以后，苏联政府尝试发射了两个飞越火星的探测器，Mars 1960A和Mars 1960B，每一个重650千克，并且携带了各种科学仪器。这两个探测器由于火箭发射失败而丢失。下一次的发射机会在1962年，俄罗斯人又发射了3个探测器，其中两个未能进行星际航行，第三个，Mars 1，在向火星航行的过程中丢失了。而1964年再一次关于探测器Zond2的尝试也失败了。
1964年，美国人发射了Mariner3和Mariner4开始着手探测火星。这些探测器由喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)(JPL)制造，这些探测器预计近火星飞行。第一次发射任务失败，第二次成功了，时间是11月28日，到达预期目标时间为1965年7月14日。共拍摄了22副照片，记录在飞行舱的磁带上，随后花费4天的时间发射回了地球。这些图片共记录了火星表面面积的1%。
图1.3是这些图片中的2张。左图是从火星获得的第一张图像。它是对火星边缘的斜视图，覆盖区域大概为330×1200平方千米。
图1.3 1965年Mariner4探测器获得的第一次火星表面近距离的观测(NASA供图)
这些照片既让人震惊又让人失望，因为图片显示火星上存在许多撞击坑，有一些似乎暗示存在冰。但总体的印象是火相不适合生命存活。火星和月亮一样，也是一个荒凉的星球。其他数据显示火星的磁场比较弱(相当于地球磁场强度的0.1%)。当探测器飞越过火星边缘，其无线电信号的衰减方式说明火星大气几乎完全由二氧化碳组成，而不像以前所认为的是由氮气所组成。
1969年Mariner6和Mariner7进行了和Mariner4相似的飞行，并传回了大量得图片，这些图片比当时Mariner4传回来的图片优质的多。尽管这些图片不但再次确定了1965年我们已经了解的情况，而且也进一步使我们认识到火星并不是和月球一样的，像我们先前猜测的那样。特别地，火星的南极极冠似乎主要由二氧化碳组成，其表面的平均大气压力为6—7毫巴，比我们原本预期小得多。
下一次的探测任务是Mariner9，它预期进入到近火星轨道，对火星进行制图。该探测器发射于1971年，探测器到达预期目标的时候，火星上正经历全球尘暴。当尘暴平静以后，它发射回了大约为期一年的图片，图片显示火星比我们以前有限的飞行覆盖获得认知复杂的多。它有巨大的火山群和峡谷，尤其是干河床。毫无以为，如果现在火星是干燥的、无生命的，那么可以想象它的早期它一定是更热更湿润的。更让人兴奋的是，它的早期可能存在生命，他们甚至今天还存在在那个星球上。
下一步火星探测的任务是进行火星着陆。1975年夏末两个北欧海盗太空探测器(Viking) 任务开启，它们首次携带了大量的科学仪器，用来分析火星表面以寻找火星生命。共有两个着陆器，均成功着陆，每一个大概约有576千克。一个着陆在克里斯平原(Chryse Planitia)的西坡(图1.4)；另一个着陆在火星的对面，乌托邦平原(Utopia Planitia)。
图1.4北欧海盗探测器(Viking)火星表面拍摄的克里斯平原(Chryse Planitia)。(NASA图片)
除了拍摄图片和收集其他的科学数据，这两个探测器还进行了三个生物实验，用来确定火星上是否存在活着的生物体。这些实验揭示了火星土壤神秘而又令人期待的化学活性，但却没有找到火星陆地表面着陆点存在生命的迹象。明显地，由于太阳紫外辐射、极度干旱条件和土的氧化性质的综合影响导致火星表明是贫瘠的。
1960和1970年代的火星探测任务使得一些科学家极度悲观，他们感到在火星乃至整个太阳系发现生命是几乎不可能的，他们甚至认为人类是不能认识火星最终达到殖民目的。
北欧海盗火星探测 (Viking)具有里程碑式的意义，从此开启了火星探测的新纪元，研究不仅仅依赖于火星科学家，更依赖于火星空间探测任务的开展。最近一系列由NASA, Roscosmos, ESA, ISAS 和 ISRO等主导的其他的空间探测任务被执行，主要包括人造卫星、着陆器和巡游者，进一步精确人们对火星的认识(图1.5)。尽管已经揭示了很多细节，但是对于人类的火星移民来说，仍然有很多的细节亟待认识。
我们现在确信在不久之前火星表面是有液态水流动的，那时火星没有现在荒凉。低压、低温以及大气成分，这些用于寻求火星生命的实验结果使得绝大部分科学家丧失了寻求高等生命的信心，甚至连发现细菌的前景都感到渺茫！
火星的卫星火卫一(Phobos)和火卫二(Deimos)也引起了人们的注意。在探测器探测他们之前，就有一些科学家关注了它们，比如：有人因为火卫一的低密度猜测它可能是人造卫星，更有甚者，有人认为它是一个由濒临灭绝的火星人建造的庞大的空间站，作为一种图书馆和博物馆用以储存他们的遗产。后来，几个探测器探测了这两颗卫星，显示他们形状不规则而且表面有大量的坑洞。但是几次关于比较大的火卫一得着陆探测尝试都没有成功，但是仍然为以后的火星探测计划有着重大的意义。
图1.5 火星上盖尔陨石坑(Gale Crater)中心的尖峰山(Mount Sharp)视图，好奇号漫游者(Curiosity rover)拍摄于2015年9月9号。(NASA供图)
自从1960年代首次尝试探测，并不是所有发射到火星的探测器都成功了。一些未能离开地球，一些在行星间旅行时丢失了。只有几个成功能够飞越行星一段距离尽可能的获得一些观测。一些能精确的航行，一些未能到达火星轨道，一些进入了错误的轨道，一些工作完美，一些尝试着陆时丢失了行星，还有一些坠毁了。只有几个到达火星的表面并且工作良好。火星着陆是一件非常具有挑战性的工作，但是现在的成功率正在逐年增加，现在我们已经能安全精确地着陆了。
任然有很多的未知。我们知道火星具有大量的水，尽管不是液态形式。它们以冰的形式存在，但是我们仍然不知道它们存在在何处？多深？我们发现了火星上有很多的洞穴存在，这些洞穴可以作为我们以后定居火星的基础，但是我们不确定他们到底有多少？我们还需要确定人类在火星表面能够遭受的辐射量。还有很多类似的问题。许多的空间探测任务还是需要的，尤其是人类踏上火星之前的一些取样带回的探测任务。火星载人航天任务变得越来越可行，相信不久的将来，人类的第一个代表将从火星表面给地球人类发射来问候！
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