1965年　水手四號太空船

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十九世紀時，盛傳火星表面觀測到人工挖掘所謂的「運河」，因而推論出火星具有高科技的文明。1965年，美國所發射的第一艘長程太空船「水手四號」，終於順利地飛抵火星附近，拍攝到珍貴的二十二張照片，顯示出火星表面根本就沒有引起大眾驚死不安的火星運河，當然也就更沒有水及所謂的火星人了！整個火星表面但見許多大型的環形山與無數小的坑洞，此時火星從高科技文明的星球，一下就降格到荒涼如月的不毛之地。

1971年　水手九號太空船

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1971年5月發射，在經過六個月的飛行後，順利進入環繞火星運行的軌道，而成為火星第一顆「人造衛星」。在十一個月的軌道飛行時期，共拍攝了7300張涵蓋整個火星表面及兩顆小衛星的照片，分析這些照片，顯示火星表面有極其巨大的火山與太陽系內最壯觀的大峽谷，由於這是由水手太空船所發現的，因此就命名為「水手大峽谷」，此外還驚異地首次發現火星表面有所謂「河床」的結構。

1974年　海盜太空船

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1974年，美國為慶祝建國二百周年，特別發射海盜一號及二號兩艘太空船；在其所攝高品質的照片中，清晰的顯示出火星低緯度地區，有延伸數百公里，目前已無流水活動而乾涸的河床，其中包括有主流及其相連密佈的支流，地形極為複雜。兩艘太空船後來分別柔軟著陸於火星表面，還採取表面土壤，進行生化實驗分析，然而並無發現有任何形式的生命存在。

　

1997年　火星拓荒者太空船

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1997年，美國「拓荒者太空船」順利降落於火星戰神谷，發現谷內有許多被水沖刷過的圓石，而且它們都朝向同一方向傾斜；這說明了它們曾遭洪水沖刷，也顯示火星表面曾經出現過大洪水事件。拓荒者太空船還施放一類似家用微波爐大小、具有六個輪子可行駛火星表面的「逗留者」偵察車，它在地面工程師的遙控下走向岩石，緊貼表面來進行分析研究。

1999年　火星全球探勘者太空船

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1999年，進入環繞火星運行的軌道，蒐集地表資料，首次製作出高解析度的立體火星圖，顯示整個火星南、北半球有極大的差異。大致而言，北半球多為平原，南半球則為崎嶇的高地，平均比北半球高出五公里。整個地勢從南極到北極，可說是一路下滑；由於水往低處流，因此很可能北半球廣大平坦的表面過去曾為一片海洋，甚至擁有整個火星表面四分之三的水，科學家並推測火星目前地下可能亦潛藏著大量的水。

2001年　2001火星漫遊者太空船：

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2002進入環繞火星運行的軌道，而成為其另一衛星。在其預期進行為期三年火星地表偵測分析的任務中，一開始就發現強烈的證據，顯示火星表面廣大的區域潛藏著水，因而增強了火星上曾有生命出現的理論。漫遊者太空船並利用伽傌射線分光計，初步分析出火星南極地區應為一片冰層，而非我們過去所認知由固態二氧碳所形成的乾冰，更令人感到驚異的是，居然在赤道地面下一公尺處，也偵測到有「碎散的冰塊」存在，因此未來當太空人登陸火星時，在溫度較高的赤道地區，只要往下挖掘就可以找到冰塊了。