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火星上的空气和水
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火星大气无法像金星大气那样能够被直接观测到。
就太阳光照而言，火星与金星的情况完全相反，并且太阳光通过大气层内部的折射和散射对它们产生的明亮效果也不同。
因此，揭露火星大气，要么让大气通过其暂时的浑浊状态使自身的存在变得明显，要么通过它对火星地表造成的影响——若不援引大气的介入这层原因，我们很难解释火星地貌的变动，要么借助光谱分析的结果或者放射线拍摄的照片。
尽管我们这次并不用面对巨大的分歧，但天文学家在大气的观测结果和阐释方面还是莫衷一是，这也催生了各种假说，而最新的假说与过去一直被人们所接纳的观点几乎毫无一致之处。
人们争论的并非火星上有没有大气，而是关于火星大气的体量及其构成。
我们必须承认，是W.赫歇尔在针对极冠变化的观测中最早发现了火星大气的存在；极冠在火星的冬季增大，随着夏天的逼近而减小，就像融化了一般，对它的成因的最佳说法——可能也没有其他更好的了——是雪或冰在极地沉积（1）。
也就是说，这一现象直接向我们展示了水蒸气循环和冷凝的结果。
之后的所有观测活动都证实了极冠会随着季节变化，且变化的范围极大——在冬季，这层白色覆盖物可以从极地一直延伸到纬度30度的地方，就好像地球北极的雪壳和冰块穿过不列颠群岛北部的纬线，一直扩张到整个北欧。
另外，这层覆盖物一到夏季又会消失得几乎什么也不剩，这意味着中间发生过极为显著的反应，且南北两极的反应程度并不完全一样。
我们以上所说的极冠现象主要发生在火星的南半球，而在火星的北极，冬天极冠的范围要略微小一些，夏天极冠也融化得不那么完全。
这与季节更替机制相符，因为当南半球处于冬至日时，火星运行到了距离太阳最远的地方，夏至日时又距离太阳最近，因此极冠的变化规模要比北半球的更加明显——北半球反而在夏天到来时离太阳最远，冬天到来时距日最近。
除了这些物理环境，火星自身的地表条件也介入了极冠变化的过程并影响其规模。
比如，某些区域的地表和状态似乎会加快白色覆盖物的消失，其他表面则能够抑制极冠消散。
至于其中的确切原因，人们依旧很难达成一致意见。
然而，通过现代观测，我们发现，火星极地似乎不像地球极地那样沉积了那么多的冰块和浮冰。
我们能够确定的是，火星上的这片白色不如地球两极的冰雪覆盖得那么完全，甚至有些地方的白色覆盖物像变脏了似的大量消减，或者换一种说法，火星极冠并不完全是连续性的。
这种样貌的产生可能是由于白色覆盖物的数量还不足以遮住整个地面，才使地表浮现无数暗斑；雪的厚度或冰霜沉积厚度的不足也许是对此番景象的最好解释。
格林于1877年9月观测到的火星南极极冠
火星极冠变化示意图。
左栏是巴纳德在利克天文台的观测结果，右栏是弗拉马里翁和安东尼亚第在朱维西天文台的观测结果。
图上日期翻译：1894年5月21日；1894年7月29日；1894年8月13日；1894年10月7日；1894年11月12日；1900年10月23日；1901年1月14日；1901年3月22日；1901年5月19日；1901年7月6日
根据我们目前对火星的认知，极地的白色可能是不完全覆盖地表的一层薄薄的雪或霜的沉淀物。
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