Güneşten uzaklığa göre üçüncü gezegen dünya, dördüncüsü ise Mars’tır. Bu gezegen, ayırdedici kırmızı renkte, son derece parlak bir cisim olduğu için, çok eski zamanlardan beri gözlemlenmektedir. Yörüngesi, onu dünyaya, hemen hemen güneşten uzaklığa göre ikinci gezegen olan Venüs kadar yaklaştırabilir; ama Mars, yörüngesinin uzak ucunda (güneşle kavuşum konumunda) bulunduğu zamanlar Venüs’ten beş kez daha büyük bir uzaklığa kadar gidebilir. Yeryüzünden en uzak bulunduğu noktada, Mars’ın + 1,6’lık bir aydınlatma gücü vardır. Yeryüzüne yaklaştıkça, bu büyüklük — 1,1 ile —2,8 arasında değerlere kadar çıkar (eksi değerli aydınlatma gücü, artı değerliden daha çoktur). Bir başka deyişle, en solgun durumunda Mars, Demirkazık’tan, yani Kutupyıldızı’ndan biraz daha parlaktır ve en parlak durumunda Akyıldız’la karşılaştırılabilir; hattâ Jüpiter’le yarışa girerek tüm yıldızları geride bırakabilir. Yeryüzü ve Ay’dan sonra en çok bilgimiz olan gezegen Mars’tır.
XVI. yüzyıl sonlarında, Ptolemaios ve Kopernik’in güneş sistemi kavramlarının geçerliliği konusundaki tartışmaların en ateşli zamanlarında, Danimarkalı gökbilimci Tycho Brahe, bir gezegenin (Mars’ın) hareketleri konusunda ilk kesin gözlemleri yaptı. O zamanın bilim adamları, evrenin merkezinin dünya mı, güneş mi olduğundan kuşkulu oldukları için, bu kuramlardan birini yada ötekini destekleyen verileri görmezlikten gelmeyi yeğ tutuyorlardı. Brahe de, tartışmaların dışında kaldı. Bununla birlikte, gökcisimlerinin hareketleri konusunda kesin ölçümler yapabilmek için pazı araçlar, kronometreler ve gönyometreler yaptı (teleskop daha bulunmamıştı).
Brahe, Mars’ın birbirini izleyen iki gece içende bulunduğu konumları ilk kez saptadı ve bu konumlar içinde gözüktüğü kesin zamanları kaydetti. Gözlemleri gerçeğe çok yakındı. Asistanı ve izleyicisi Johannes Kepler, gezegenlerin, Kopernik’in düşündüğü gibi çernbersi değil, elips biçiminde yörüngeler içinde hareket ettikleri sonucuna, bu gözlemlerden yararlanarak vardı. Ancak, Brahe’ın gözlemleri, Mars’ın hareketlerinin mekaniğiyle sınırlıydı ve Galilei’nin teleskobu geniş çapta yaygınlaşıp gelişene kadar gezegenin yüzeyi konusunda gözlem yapılmadı.
Wisconsin’deki Yerkes gözlemevinde,100sm çapında bir objektifi, 19 m’lik odak uzaklığı olan, dünyanın kırılma oram on yüksek teleskobu yeralır. Bu merkez kullanılarak, gezegenin gerçek görüntüsü fotoğrafla, gezegenin konumunun uygunluğuna göre 2 yada 2,5 mm arasında değişen çapta bir alan üstüne kaydedilir. Merceğin odak uzaklığının büyüklüğü yüzünden, çok duyarlı bir film de kullanılsa, poz verme, saniyenin oldukça büyük bir bölümü kadarlık bir süre boyunca sürmelidir. Poz verme süresi sırasında, görüntü atmosferdeki ters akıntılar tarafından etkilenir ve bu etkilere daha kapalı olan çıplak gözle yapılan gözlemlerdekinden daha bulanık gözükür. Bu sakıncalara karşılık, bazı kusursuz fotoğraflar elde edilmiştir.
1964 kasımında Mariner 4 uydusu Cape Kennedy’den uzaya fırlatılmıştı. 1965 temmuzunda, Mars yüzeyinin yaklaşık 9920 km kadar yakınma vardı. Yakından uçuş sırasında, gezegenin teleskopla 22 fotoğrafı çekildi. Bu fotoğraflar, araçtaki telemetre sistemiyle yeryüzüne ulaştırıldı. Fotoğraflarda Ay’dakilere benzeyen kraterler görülmekte, bu kraterlerin büyüklükleri 2,8 ile 170 km arasında değişmektedir.