vignette|Carte montrant les différents climats sur Mars : glacial (A, couche permanente de glace), polaire (B, couvert par du givre en hiver qui se sublime en été), transition (C), tropical (D), tropical à faible albédo (E), plaines subpolaires (F, bassins), plaines tropicales (G, chasmata), montagnes subtropicales (H).
Le climat de Mars a été un sujet de curiosité scientifique durant des siècles, notamment parce que Mars est la seule planète tellurique dont la surface peut être directement observée en détail depuis la Terre, à l'aide d'un télescope.
Bien que Mars soit plus petite, sa masse représentant environ 11 % de la masse de la Terre, et plus éloignée du Soleil que la Terre, son climat présente des similitudes importantes, comme la présence de calottes polaires, des changements saisonniers et la présence de particularités météorologiques observables, attirant les planétologistes et les climatologistes. Cependant, même si le climat de Mars a des similitudes avec celui de la Terre incluant les saisons et des âges glaciaires périodiques, il y a également des différences, telle une inertie thermique beaucoup plus faible pour Mars. L'atmosphère de Mars a une hauteur d'échelle d'environ , 60 % plus importante que sur Terre. Le climat revêt une grande importance pour savoir si la vie est ou a été présente sur la planète.
Mars a été étudié par des instruments situés sur Terre depuis le , mais c'est seulement à partir de l'exploration de Mars commencée au milieu des années 1960 que des observations rapprochées ont été possibles. Les survols et les véhicules spatiaux en orbite ont fourni des données d'au-dessus, tandis que des mesures directes des conditions atmosphériques ont été transmises par un certain nombre d'atterrisseurs et de rovers. Des instruments en orbite autour de la Terre transmettent également des images de phénomènes météorologiques relativement grands.
Le premier survol martien a été effectué par Mariner 4 en 1965. Son rapide survol de deux jours a été limité en termes de contribution à la connaissance du climat martien. Les missions Mariner suivantes (Mariner 6 et Mariner 7) apportèrent d'autres informations basiques sur le climat. Les études climatiques débutèrent réellement avec le programme Viking en 1975 et se poursuivent avec des sondes comme Mars Reconnaissance Orbiter.
Ce travail d'observation est complété par un type de simulation informatique appelée le .
Observations historiques Giacomo Maraldi détermine en 1704 que la calotte polaire sud n'est pas centrée sur le pôle rotationnel de Mars . En 1719, il observe les deux calottes polaires et leur évolution temporaire de dimension.
William Herschel a été le premier à déduire la faible densité de l'atmosphère martienne dans son article de 1784 intitulé Sur les aspects remarquables des régions polaires de la planète Mars, l'inclinaison de son axe, la position de ses pôles et sa forme sphéroïdale ; avec quelques indications relatives à son diamètre réel et à son atmosphère. Quand deux étoiles faiblement lumineuses passèrent près de Mars, il n'observa pas de diminution de leur luminosité et en conclut qu'il y avait une faible atmosphère autour de la planète.
Honoré Flaugergues a découvert en 1809 des à la surface de Mars. Il s'agit de la première observation connue de tempête de poussières sur Mars . Flaugergues observa également en 1813 la réduction de la quantité de glace polaire durant le printemps martien. Son hypothèse que Mars était plus chaude que la Terre s'est révélée inexacte.
Paléoclimatologie martienne Deux systèmes de datation sont utilisés sur Mars. L'un est basé sur la densité de cratères et comporte trois époques géologiques : le Noachien, l'Hespérien et l'Amazonien. L'autre est basé sur la nature minéralogique des terrains et comporte également trois époques : le Phyllosien, le Theiikien et le Sidérikien.
vignette|Histoire de l'eau sur Mars. Le nombre en dessous de chaque simulation indique le nombre de milliard d'années écoulé (la dernière, en bas à droite, est la situation actuelle). De récentes observations et des modélisations ont apporté des informations sur le climat actuel de Mars mais également sur les conditions atmosphériques dans son passé. Ainsi l'atmosphère martienne noachienne a longtemps été imaginée comme riche en dioxyde de carbone. Cependant, des observations spectrales de dépôts de minéraux argileux et la modélisation des conditions de formation de ces derniers ont montré qu'il y avait peu ou pas de carbonates dans l'argile de cette époque. La formation d'argile dans un milieu riche en dioxyde de carbone est toujours accompagnée par celle de carbonates, bien que les carbonates puissent ensuite être dissous.
La découverte sur Mars de minéraux dont l'existence est directement liée à la présence d'eau liquide, incluant l'hématite et la jarosite pour Opportunity. et la goethite pour Spirit. indique que les conditions climatiques dans le passé lointain de la planète ont permis des écoulements d'eau libre. La morphologie de certains cratères d'impact présents sur Mars montre que le terrain était humide lorsqu'ils se sont formés. Des observations géomorphologiques des réseaux de vallées martiennes et de l'érosion des paysages indiquent également fortement des conditions plus chaudes et plus humides durant le Noachien (il y a environ 4 milliards d'années). Cependant, l'analyse chimique d'échantillons de météorites martiennes suggère que la température ambiante près de la surface de Mars est très probablement descendue en dessous de pour les 4 derniers milliards d'années.
Certains scientifiques soutiennent que la masse des volcans du dôme de Tharsis ont eu une influence majeure sur le climat en modifiant l'orientation de l'axe de rotation de la planète. Les volcans peuvent également avoir conduit à des réchauffements par dégagement de gaz à effet de serre, ayant pour conséquence la formation de lacs ou d'océans..
Temps vignette|Nuages du matin au-dessus de Valles Marineris pris par l'orbiteur de Viking 1 le . Les températures et la circulation atmosphérique sur Mars varient d'année en année.. Les données de , envoyées à partir de et couvrant 2,5 années martiennes. montrent que le temps martien est plus reproductible et donc plus prévisible que sur Terre. Si un événement se produit durant une année, à un moment particulier, les données indiquent qu'il est assez probable qu'il se répète l'année suivante, à peu près au même endroit.
Le , la sonde Phoenix a pris des photographies de chutes de neige provenant de nuages situés à au-dessus de son site d'atterrissage, près du cratère Heimdal. La précipitation s'est vaporisée avant d'atteindre le sol, phénomène appelé virga..
Nuages Sur Mars, les nuages sont formés de glace de dioxyde de carbone. et de glace d'eau. Les nuages de glace d'eau martiens sont similaires aux cirrus terrestres.. Des nuages ténus de glace carbonique ressemblant aux nuages noctulescents ont également été trouvés entre et par Mars Express..
Températures Les mesures des températures martiennes sont antérieures à l'ère spatiale. Ainsi, les débuts de l'instrumentation et de la radioastronomie produisirent des résultats.
Les premiers survols de sondes (Mariner 4) et plus tard des orbiteurs utilisent l'occultation radio pour effectuer des mesures d'aéronomie. À l'aide de la composition chimique de l'atmosphère déjà connue par spectroscopie, la température et la pression pouvaient être déduites.. Néanmoins, les survols utilisant l'occultation peuvent seulement mesurer les propriétés de l'atmosphère le long de deux transects, à leurs trajectoires d'entrées et de sorties du disque de Mars vu depuis la Terre. Il en résulte des temps "instantanés", à un endroit particulier, à un moment particulier. Les orbiteurs augmentent donc le nombre de transects radio.
Les missions suivantes, commençant avec les survols du duo Mariner 6 et 7 et les sondes soviétiques Mars 2 et 3, transportent des détecteurs infrarouges. Mariner 9 a été la première sonde à placer un radiomètre infrarouge et un spectromètre en orbite autour de Mars, en même temps que ses autres instruments et un émetteur radio. Viking 1 et 2 ont par la suite transporté des (IRTM)..
Différentes valeurs des températures moyennes ont été rapportées . avec une valeur commune de .. Les températures de surface peuvent atteindre environ à midi à l'équateur et aux pôles. Les températures mesurées par les atterrisseurs Viking à environ du sol vont de à . La température du sol la plus chaude estimée par l'orbiteur Viking était James E. Tillman Mars – Temperature Overview. Le rover Spirit a enregistré une température maximale de l'air durant la journée et à l'ombre de et signale régulièrement des températures bien au-dessus de , excepté en hiver Jet Propulsion Laboratory Featured Story, 12 juin 2007..
Propriétés et phénomènes atmosphériques
Faible pression atmosphérique
L'atmosphère de Mars est principalement composée de dioxyde de carbone et possède une pression atmosphérique d'environ 600 pascals (Pa), ce qui est beaucoup moins que les 101 000 Pa terrestre. Une des conséquences est que l'atmosphère de Mars peut réagir plus rapidement à une énergie donnée que l'atmosphère terrestre. En conséquence, Mars est soumise à de fortes marées atmosphériques produites par la chaleur du Soleil plutôt que par une influence gravitationnelle..
Vent vignette|Le parachute du rover Curiosity subissant les effets du vent martien (vu par HiRISE entre le 12 août 2012 et le 13 janvier 2013). La surface de Mars a une inertie thermique très faible, ce qui signifie qu'elle chauffe rapidement quand le Soleil brille. Les variations quotidiennes typiques de température loin des régions polaires sont de l'ordre de . Sur Terre, les vents se forment souvent dans les endroits où l'inertie thermique change soudainement, comme de la mer à la terre. Il n'y a pas de mers sur Mars mais il y a des zones où l'inertie thermique du sol change, conduisant à des vents du matin et du soir comme les brises marines sur Terre.
Tempêtes de poussières
vignette|Photographie prise par Mariner 9 le 27 novembre 1971 montrant Olympus Mons au-dessus de la tempête de poussières. Quand la sonde Mariner 9 est arrivé près de Mars en 1971, elle observa une tempête de poussières recouvrant une grande partie de la surface martienne : seul Olympus Mons dépassait des nuages de poussières<.
Durant la tempête de poussières de 1977, les deux atterrisseurs du programme Viking observèrent que Traduction de : William Sheehan, The Planet Mars: A History of Observation and Discovery, Chapter 13 (lire en ligne), bien qu'ils soient éloignés du centre actif de la tempête..
Le , le télescope spatial Hubble repère une tempête de poussières en formation, localisée dans Hellas Planitia, sur Mars. Un jour plus tard, la tempête se transforme en un événement global. Des mesures prises par le Submillimeter Wave Astronomy Satellite ont montré que la tempête avait provoqué une diminution des températures moyennes de la surface et du sommet de la tempête mais une augmentation de celles de la faible et la moyenne atmosphère. La saison suivant la tempête, une baisse de 4 kelvins de la moyenne de la température journalière atmosphérique est observée. Ce refroidissement est attribué à la déposition des poussières après la tempête, diminuant à la fois les températures de la surface et de l'atmosphère en augmentant temporairement l'albédo de Mars. La tempête de poussières de 2001 observée par Hubble le 26 juin 2001 (à gauche, dans le cercle rouge) et le 4 septembre 2001 (à droite).
vignette|Ensemble d'images prises par Opportunity durant la tempête de 2007.