จุดที่โดดเด่นในประวัติศาสตร์การสังเกตดาวอังคารคือเมื่อดาวอังคารอยู่ในตำแหน่งตรงข้ามใกล้กับโลกและทำให้มองเห็นได้ง่ายที่สุดซึ่งเกิดขึ้นในทุกสองปี ที่เด่นชัดยิ่งขึ้นอีกคือการเข้าสู่ตำแหน่งตรงข้ามขณะอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดของดาวอังคารซึ่งเกิดขึ้นทุก ๆ 15 ถึง 17 ปี นั่นหมายถึงการเข้าใกล้โลกมากยิ่งขึ้นด้วยจนทำให้เห็นความแตกต่างอย่างชัดเจน

การสังเกตในยุคโบราณและยุคกลาง

นักดาราศาสตร์อียิปต์โบราณบันทึกการดำรงอยู่ของดาวอังคารในฐานะวัตถุหนึ่งที่เคลื่อนผ่านท้องฟ้ายามราตรี และเมื่อ 1534 ปีก่อนคริสต์ศักราช พวกเขาก็คุ้นเคยดีแล้วกับการเคลื่อนถอยหลังของดาวเคราะห์[224] ในยุคจักรวรรดิบาบิโลเนียใหม่ นักดาราศาสตร์ชาวบาบิโลเนียบันทึกปูมตำแหน่งของดาวเคราะห์ต่าง ๆ ตลอดจนพฤติกรรมของดาวเคราะห์ที่สังเกตได้เอาไว้อย่างเป็นระบบและสม่ำเสมอ สำหรับดาวอังคาร พวกเขาทราบว่าดาวจะโคจรครบ 37 คาบซินอดิก หรือ 42 รอบจักรราศีในทุก ๆ 79 ปี พวกเขายังได้คิดค้นระเบียบวิธีทางคณิตศาสตร์ขึ้นมาเพื่อให้เกิดความคลาดเคลื่อนเพียงเล็กน้อยในการทำนายตำแหน่งของดาวเคราะห์ทั้งหลาย[225][226]

ในศตวรรษที่สี่ก่อนคริสต์ศักราช อาริสโตเติลตั้งข้อสังเกตว่าดาวอังคารได้หายไปเบื้องหลังดวงจันทร์ระหว่างการถูกบดบัง บ่งบอกว่าดาวอังคารนั้นต้องอยู่ห่างไกลออกไป[227] ทอเลมี ชาวกรีกที่อาศัยในอะเล็กซานเดรีย[228] พยายามแก้ไขปัญหาการเคลื่อนไหวในวงโคจรของดาวอังคาร แบบจำลองของทอเลมีและงานทางดาราศาสตร์ที่เขารวบรวมขึ้น ปรากฏต่อมาเป็นชุดหนังสือหลายเล่มรู้จักกันในชื่ออัลมาเจสต์ ซึ่งได้กลายมาเป็นตำราอันทรงอิทธิพลต่อดาราศาสตร์ตะวันตกตลอดสิบสี่ศตวรรษถัดมา[229] งานนิพนธ์จากสมัยจีนโบราณยืนยันว่านักดาราศาสตร์ชาวจีนรู้จักดาวอังคารตั้งแต่ก่อนศตวรรษที่สี่ก่อนคริสต์ศักราช[230] ในคริสต์ศตวรรษที่ห้า สุริยสิทธันต์ ตำราทางดาราศาสตร์อินเดีย มีการประมาณเส้นผ่าศูนย์กลางของดาวอังคารไว้[lower-alpha 3][231] ในวัฒนธรรมเอเชียตะวันออก มักเรียกดาวอังคารตามประเพณีว่า "ดาวไฟ" (火星) โดยวางอยู่บนหลักธาตุทั้งห้า[232][233][234]

ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่สิบเจ็ด ไทโค บราเฮวัดพารัลแลกซ์ของดาวอังคารวันต่อวัน ซึ่งต่อมาโยฮันเนส เคปเลอร์นำไปใช้คำนวณเบื้องต้นหาระยะทางสัมพัทธ์สู่ดาวเคราะห์[235] เมื่อกล้องโทรทรรศน์เป็นที่แพร่หลาย ได้มีการวัดค่าพารัลแลกซ์รายวันของดาวอังคารซ้ำอีกครั้งเนื่องในความพยายามที่จะหาระยะทางที่แม่นยำระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ โจวันนี โดเมนีโก กัสซีนีเป็นผู้ดำเนินการดังกล่าวเป็นบุคคลแรกในปี 1672 การวัดค่าพารัลแลกซ์ในช่วงแรก ๆ นั้นมีอุปสรรคสำคัญจากคุณภาพของตัวเครื่องมือเอง[236] การสังเกตปรากฏการณ์ดาวศุกร์บดบังดาวอังคารเพียงครั้งเดียวเกิดขึ้นในวันที่ 13 ตุลาคม 1590 โดยมิคาเอล แมสต์ลินที่ไฮเดลแบร์ก[237] ในปี 1610 กาลิเลโอ กาลิเลอีเป็นบุคคลแรกที่มองดูดาวอังคารผ่านกล้องโทรทรรศน์[238] บุคคลแรกที่วาดภาพดาวอังคารโดยแสดงลักษณะภูมิประเทศต่าง ๆ ด้วยคือนักดาราศาสตร์ชาวดัตช์ คริสตียาน เฮยเคินส์[239]

"คลอง" ดาวอังคาร

เมื่อถึงคริสต์ศตวรรษที่สิบเก้า กำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ได้เพิ่มมากขึ้นจนถึงระดับที่พอจำแนกแยกแยะรายละเอียดต่าง ๆ บนพื้นผิวได้ การเข้าสู่ตำแหน่งตรงข้ามใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดของดาวอังคารเมื่อวันที่ 5 กันยายน 1877 ปีนั้นเอง โจวานนี สเกียปปาเรลลี นักดาราศาสตร์ชาวอิตาลี ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 22 เซนติเมตรในมิลานสร้างแผนที่ดาวอังคารที่มีรายละเอียดปลีกย่อยขึ้นเป็นฉบับแรก แผนที่นี้มีเอกลักษณ์โดดเด่นด้วยภูมิประเทศที่เขาเรียกชื่อว่า คานาลี ซึ่งได้รับการเปิดเผยต่อมาในภายหลังว่าเป็นเพียงภาพลวงตา รอยเส้นตรงยืดยาวบนพื้นผิวดาวอังคารที่ถูกทึกทักเรียกว่าคานาลี เหล่านี้ โจวานนีได้ตั้งชื่อให้ตามอย่างชื่อแม่น้ำที่มีชื่อเสียงเป็นที่รู้จักบนโลก ศัพท์ที่เขาใช้มีความหมายว่า "ทางน้ำ" หรือ "ร่องน้ำ" ซึ่งนิยมแปลกันอย่างผิด ๆ ในภาษาอังกฤษว่า "คลอง"[240][241]

จากอิทธิพลของการสังเกตก่อนหน้า เพอร์ซิวัล โลเวลล์ นักตะวันออกศึกษาได้ตั้งหอดูดาวขึ้นโดยมีกล้องโทรทรรศน์ขนาด 30 และ 45 เซนติเมตร หอดูดาวนี้ได้ใช้ในการสำรวจดาวอังคารระหว่างโอกาสอันดีที่ผ่านมาในปี 1894 ตลอดจนการเข้าสู่ตำแหน่งตรงข้ามที่ดีลดหลั่นลงมาหลังจากนั้น เขาตีพิมพ์หนังสือหลายเล่มเรื่องดาวอังคารรวมไปถึงสิ่งมีชีวิตบนนั้นซึ่งส่งอิทธิพลอย่างใหญ่หลวงต่อสาธารณะ[242] ยังมีการพบ คานาลี โดยนักดาราศาสตร์คนอื่น ๆ เช่น อองรี โฌเซฟ เพร์โรแตง และหลุยส์ ตอลลง ที่เมืองนิสโดยใช้หนึ่งในกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในเวลานั้น[243][244]

การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลอันประกอบด้วยการถอยร่นของแผ่นขั้วดาวและการเกิดพื้นที่มืดในช่วงฤดูร้อนของดาวอังคาร เมื่อประจวบเข้ากับคลองมากมายจึงนำไปสู่การคาดเดาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร และความเชื่อที่ยึดมั่นถือมั่นอย่างยาวนานว่าดาวอังคารมีผืนทะเลที่กว้างใหญ่กับพืชนานาพันธุ์ กล้องโทรทรรศน์ในขณะนั้นยังไม่มีกำลังขยายถึงขั้นที่สามารถให้หลักฐานยืนยันการคาดเดาใด ๆ ได้ เมื่อใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ขึ้นก็จะสังเกตเห็น คานาลี ตรงยาวที่ขนาดเล็กลง ระหว่างการสังเกตในปี 1909 โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 84 เซนติเมตร แฟลมมาริยงสังเกตพบรูปแบบที่ไม่เป็นระเบียบแต่ไม่เห็นคานาลี [245]

แม้กระทั่งบทความในคริสต์ทศวรรษ 1960 ยังมีการตีพิมพ์เรื่องชีววิทยาบนดาวอังคารโดยผลักไสคำอธิบายแนวทางอื่นออกไป คงไว้แต่ว่าสิ่งมีชีวิตบนนั้นนั่นเองเป็นเหตุของการเปลี่ยนตามฤดูกาลบนดาวอังคาร ภาวะการณ์โดยละเอียดทั้งเมแทบอลิซึมและวัฏจักรทางเคมีต่าง ๆ สำหรับระบบนิเวศที่ดำเนินได้จริงได้รับการตีพิมพ์[246]

การเยือนโดยยานอวกาศ

ครั้นยานอวกาศไปเยือนถึงดาวอังคารระหว่างปฏิบัติการมาริเนอร์ของนาซาในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1960 และ 70 แนวคิดเดิม ๆ ก็พินาศไปแบบไม่มีชิ้นดี นอกจากนี้ผลการทดลองตรวจหาสิ่งมีชีวิตโดยยานไวกิงในระหว่างปฏิบัติภารกิจ ทำให้สมมติฐานดาวเคราะห์มรณะที่ไม่น่าอยู่อย่างยิ่งก็ได้มาเป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลาย[247]

ข้อมูลจากปฏิบัติการโดยยานมาริเนอร์ 9 และไวกิงได้นำมาใช้สร้างแผนที่ดาวอังคารที่ดียิ่งขึ้น และยิ่งดียิ่งขึ้นอย่างก้าวกระโดดด้วยปฏิบัติการโดยมาร์สโกลบอลเซอร์เวเยอร์ซึ่งส่งขึ้นในปี 1996 และดำเนินงานต่อเนื่องจนกระทั่งปลายปี 2006 ทำให้ได้แผนที่แสดงภูมิประเทศดาวอังคารที่ละเอียดลออครบถ้วนสมบูรณ์แม้กระทั่งสนามแม่เหล็กและแร่ธาตุบนพื้นผิวก็เป็นที่รับทราบ[248] แผนที่เหล่านี้สามารถเข้าถึงได้ทางออนไลน์ ตัวอย่างเช่น กูเกิลมาร์ส สำหรับมาร์สรีคอนเนสเซนซ์ออร์บิเตอร์ และมาร์สเอ็กซ์เพรส ยังทำการสำรวจต่อเนื่องด้วยเครื่องไม้เครื่องมือใหม่ ๆ และช่วยสนับสนุนปฏิบัติการลงจอด นาซาได้เปิดให้เข้าใช้เครื่องมือทางออนไลน์คือ มาร์สเทร็ค ซึ่งให้ภาพปรากฏของดาวอังคารจากข้อมูลการสำรวจตลอด 50 ปี และ เอ็กซ์พีเรียนซ์คิวริออซิตี ซึ่งให้ภาพจำลองการท่องไปบนดาวอังคารแบบสามมิติพร้อมกับยานคิวริออซิตี[249]