Учитывая, что ось планеты наклонена примерно под тем же углом, что и земная, а один период вращения длится 24 часа 37 минут, на Марсе происходит очень похожий на земной цикл смены ночи и дня и времен года, поэтому климат на протяжении марсианского года меняется примерно так же. Сложности прибавляет еще и заметная эллиптическая орбита планеты, и на сегодня в разгар своего лета в южном полушарии Марс оказывается на 40 млн км ближе к Солнцу, чем в летний период в северном полушарии.

Ни угол наклона оси, ни орбита не остаются константными на протяжении миллионов лет, а это означает, что Марс может переживать периоды длительных изменений, которые получили название циклы Миланковича. Эти колебания орбиты, впервые предсказанные для Земли Милутином Миланковичем, могут приводить к радикальным сдвигам и в климате Марса.

Как и на нашей планете, в атмосфере Марса сегодня доминирует сила, которая заставляет воздушные потоки циркулировать от теплых экваториальных регионов к холодным полюсам с тем, чтобы выровнять температуру на планете. Перемещаются они в громадных вихревых ячейках Хадли, которые на своем пути окутывают всю планету. Ячейки Хадли взаимодействуют с силами Кориолиса, которые создаются вращением планеты.

Марсианская атмосфера

На Земле эти принципы имеют ограниченный характер, поскольку осложняются наличием двух очень разных типов поверхностей: поднятых над уровнем моря масс суши, которые быстро нагреваются и остывают, и глубоких ровных океанов, которые дольше абсорбируют тепло, но и гораздо дольше его отпускают. На Марсе таких колебаний нет, поэтому воздушные потоки двигаются по планете с довольно постоянной скоростью. На средних широтах, как правило, новый погодный фронт образуется примерно каждые три дня.
Холодная сухая марсианская атмосфера затрудняет обзор синоптической ситуации из космоса, поскольку облакообразование на Марсе намного слабее.

Пылевые смерчи и песчаные бури

Самыми впечатляющими марсианскими погодными системами считаются громадные пылевые ураганы. Они проносятся по огромным территориям, а иногда разрастаются до покрова, охватывающего всю планету. И хотя атмосфера у Марса тонкая, и ветры, стало быть, слабые, они способны развивать скорости, позволяющие поднимать микроскопические частицы песка, которые скорее напоминают очень мелкую пыль (типичная крупица марсианского песка размером не более 1 -2 микронов).

Эволюция атмосферы

Марсианская атмосфера не всегда была тонкой и сухой. По видимости, некогда она состояла из комбинации газов, наподобие той, что была присуща первородной атмосфере Земли. Примерно 4 млрд лет назад его атмосфера была достаточно густой, теплой и влажной, чтобы удерживать огромные объемы жидкой воды на поверхности.
Однако примерно 3 млрд лет назад Марс уже стал намного холоднее и суше - очевидно, очень похожим на ту планету, которую мы видим сегодня.

Такую трансформацию пытались объяснить различными теориями. Атмосферу Марса либо смели астероиды, врезавшиеся в планету, либо она стала жертвой химических реакций или развалилась и была сметена в космос солнечным ветром.

Облака образуются, когда атмосфера сильно насыщается конкретным объемом пара и конденсируется в виде капелек из водяного пара, а также из кристаллов сухого льда (твердой углекислоты), но только в соответствующих условиях. Самые обширные облака, как правило, образуются во время весенней оттепели по мере того, как атмосфера насыщается испаряющимся газом.

Локализованные облака на Марсе

Локализованные облака часто формируются вокруг одних и тех же участков - ландшафтные достопримечательности Марса настолько огромны, что им удается создавать собственные синоптические системы. Наиболее выдающимся является плато размером с континент под названием Провинция Фарсида, которое лежит примерно на 10 км выше поверхности планеты. Вулканы на Фарсиде часто укрыты тонкими облаками из водяного льда, которые образуются, когда пар конденсируется из теплого воздуха - он выталкивается вверх и остывает при пересечении Провинции.

Еще более индивидуальная погодная ситуация отмечается в другой заметной части марсианского ландшафта - в системе каньонов Долин Маринер. Эти глубокие шрамы в коре уходят на несколько километров вглубь ниже среднего уровня поверхности, в результате чего атмосферное давление здесь оказывается заметно выше. Вдоль дна каньона часто наблюдаются туманы и мгла из водяного пара.

Полярная ситуация

Одно из существенных различии между марсианской и земной синоптическими системами заключается в том, что сезонные ветры часто переносят углекислый газ с одного полюса на другой Хотя под обоими выдающимися полюсами Марса скрывается тог из водяного льда (большая часть представляет собой зоны вечно мерзлоты, сокрытой в почве), значительная часть сверкающего белого льда, который возникает и спадает по мере смены сезоны года, представлена замороженной углекислотой, или сухим льдом, которая конденсируется прямо из атмосферы и «сублимируется» обратно в пар, не проходя через фазу жидкого состояния.

Поскольку точка замерзания С0₂ составляет -79 °С, по мере приближения весны на одном полюсе он испаряется и конденсируется на другом, когда остывает с наступлением осени. До трети всего объема углекислого газа в атмосфере может конденсироваться на зимнем полюсе, формируя гололед толщиной несколько метров, тогда как с тающего полюса могут подниматься сильные ветры. Так как марсианская пыль, которая не исчезает весной, оказывает в западне конденсирующихся льдов, марсианские полюса сформировались нагромождением слоев в ходе террасирования.