thumb|300px|Fotografía del telescopio Hubble sobre Marte

Los primeros registros de la observación de Marte se remontan a la era de los antiguos astrónomos egipcios en el Más tarde, aparecieron los primeros registros chinos sobre los movimientos de Marte antes de la fundación de la dinastía Zhou (). Los astrónomos babilónicos realizaron observaciones detalladas sobre la posición de Marte, que sirvieron para desarrollar técnicas aritméticas que predecían la posición futura del planeta. Los antiguos filósofos griegos y los astrónomos helenísticos desarrollaron un modelo geocéntrico para explicar los movimientos del planeta. Las mediciones del diámetro angular de Marte se pueden encontrar en antiguos textos griegos e indios. En el , Nicolás Copérnico propuso un modelo heliocéntrico para el sistema solar en el que los planetas siguen órbitas circulares alrededor del Sol. Esto fue revisado por Johannes Kepler, quien pudo ajustar la órbita elíptica de Marte a los datos observacionales.

La primera observación telescópica de Marte fue realizada por Galileo Galilei en 1610. Un siglo después, los astrónomos descubrieron distintas características del albedo del planeta, incluyendo el punto negro de Syrtis Major y las capas polares. Fueron capaces de determinar el período de rotación del planeta y la inclinación axial. Estas observaciones se hicieron principalmente durante los intervalos de tiempo en el que el planeta estaba situado en oposición al Sol, en los cuales Marte se acercó más a la Tierra.

A principios del , mejores telescopios permitieron que las características del albedo marciano fueran mapeadas en detalle. El primer mapa crudo de Marte fue publicado en 1840, seguido por mapas más refinados a partir de 1877 en adelante. Cuando los astrónomos creyeron equivocadamente que habían detectado agua en la atmósfera marciana, la idea de la existencia de vida en Marte se popularizó entre el público. Percival Lowell creía que se podía ver una red de canales artificiales en Marte. Estas características lineales demostraron posteriormente ser una ilusión óptica, y se demostró que la atmósfera era demasiado delgada para soportar un entorno parecido a la Tierra.

Se han observado nubes amarillas en Marte desde la década de 1870. Eugène Antoniadi sugirió que se debían a arena o polvo que soplaba el viento. Durante la década de 1920, se midió el rango de temperatura de la superficie marciana; varió de –85 a 7 °C. Se encontró que la atmósfera planetaria era árida con solo trazos de oxígeno y agua. En 1947, Gerard Kuiper demostró que la fina atmósfera marciana contenía mucho dióxido de carbono; aproximadamente el doble de la cantidad encontrada en la atmósfera de la Tierra. La primera nomenclatura estándar para las características del albedo de Marte fue adoptada en 1960 por la Unión Astronómica Internacional. Desde la década de 1960, múltiples naves espaciales robóticas han sido enviadas para explorar a Marte desde la órbita y la superficie. El descubrimiento de meteoritos en la Tierra originados en Marte permitieron realizar un examen de laboratorio sobre las condiciones químicas en el planeta.

Registros más antiguos

thumb|left|A medida que la Tierra pasa a Marte, este último parecerá que invierte su movimiento a través del cielo La existencia de Marte como un objeto errante en el cielo nocturno fue registrada por antiguos astrónomos egipcios. En el segundo milenio a. C. estaban familiarizados con el aparente movimiento retrógrado del planeta, que parece moverse en dirección opuesta a través del cielo. Marte fue retratado en el techo de la tumba de Seti I, en el techo de Ramesseum, y en el mapa estelar de Senenmut. Este último es el mapa estelar más antiguo conocido, presuntamente realizado en el año basado en la posición de los planetas.

En el período del Imperio neobabilónico, los astrónomos realizaban observaciones sistemáticas de las posiciones y el comportamiento de los planetas. Para Marte, sabían, por ejemplo, que el planeta realiza 37 períodos sinódicos, o 42 circuitos del zodíaco cada 79 años. Los babilonios inventaron métodos aritméticos para realizar pequeñas correcciones a las posiciones predichas de los planetas. Esta técnica se derivó principalmente de las mediciones de tiempo.

Los registros chinos sobre las apariciones y movimientos de Marte aparecieron antes de la fundación de la dinastía Zhou () y, durante la dinastía Qin (), los astrónomos mantuvieron registros cercanos de las conjunciones planetarias, incluidas las de Marte. Las ocultaciones de Marte por Venus se observaron en los años 368, 375 y 405. El período y el movimiento de la órbita del planeta fue conocido en detalle durante la dinastía Tang ().

La temprana astronomía de la Antigua Grecia fue influenciada por el conocimiento transmitido de la cultura mesopotámica. Los babilonios asociaron a Marte con Nergal, su dios de la guerra y la pestilencia, y los griegos conectaron al planeta con su dios de la guerra, Ares. Durante este período, los movimientos de los planetas eran de poco interés para los griegos; los Trabajos y días de Hesiodo (aproximadamente ) no mencionan a los planetas.

Modelos orbitales

right|thumb|Modelo geocéntrico del Universo.|alt=A series of concentric circles surround a fanciful representation of the Earth at center. Latin words and astrological symbols lie around the perimeter. Los griegos usaron la palabra planēton para referirse a los siete cuerpos celestes que se movían con respecto a las estrellas de fondo y tenían una visión geocéntrica de que estos cuerpos se movían alrededor de la Tierra. En su obra La República, el filósofo griego Platón proporcionó la declaración más antigua conocida que define el orden de los planetas. Su lista, ordenado de lo más cercano a lo más lejano de la Tierra, era la siguiente: la Luna, el Sol, Venus, Mercurio, Marte, Júpiter, Saturno y las estrellas fijas. En su diálogo Timaeus, Platón propuso que la progresión de estos objetos a través de los cielos dependía de su distancia, de modo que el objeto más distante se movía más lento.

Aristóteles, estudiante de Platón, observó una ocultación de Marte por la Luna en De esto concluyó que Marte debe estar más alejado de la Tierra que la Luna. También observó que otras ocultaciones de estrellas y planetas habían sido observadas por los egipcios y los babilonios. En China, los astrónomos registraron una ocultación de Marte por la Luna en el año Aristóteles utilizó esta evidencia observacional para apoyar la secuencia griega de los planetas. Su obra De Caelo presentó un modelo del universo en el que el Sol, la Luna y los planetas rodean a la Tierra a distancias fijas. El astrónomo griego Hiparco desarrolló una versión más sofisticada del modelo geocéntrico al proponer que Marte se movía por una pista circular llamada epiciclo que, a su vez, orbitaba alrededor de la Tierra a lo largo de un círculo más grande llamado deferente.

En el Egipto romano durante el , Claudio Ptolomeo trató de abordar el problema del movimiento orbital de Marte. Las observaciones de Marte habían mostrado que el planeta parecía moverse un 40 % más rápido en un lado de su órbita que en el otro. Esto entraba en conflicto con el modelo aristotélico del movimiento uniforme. Ptolomeo modificó el modelo del movimiento planetario añadiendo un punto desplazado desde el centro de la órbita circular del planeta alrededor del cual el planeta se mueve a una velocidad uniforme de rotación. Propuso que el orden de los planetas, al aumentar la distancia, era: la Luna, Mercurio, Venus, Sol, Marte, Júpiter, Saturno y las estrellas fijas. El modelo de Ptolomeo y su obra colectiva sobre astronomía se presentaron en la colección multi-volumen Almagesto, que se convirtió en el tratado autoritario sobre la astronomía occidental durante los catorce siglos siguientes.

En el , el texto astronómico indio Suria-siddhanta estimó el tamaño angular de Marte como 2 minutos de arco (1/30 parte de un grado) y su distancia a la Tierra como ( ioyana, donde una ioyana es equivalente a ocho km en el Suria-siddhanta). De esto se deduce que el diámetro de Marte es de 6070 km (754,4 ioyana), lo que tiene un error dentro del 11 % del valor actualmente aceptado de 6788 km. Sin embargo, esta estimación se basó en una estimación inexacta del tamaño angular del planeta. El resultado pudo haber sido influenciado por el trabajo de Ptolomeo, que enumeró un valor de 1,57 arco-minutos. Ambas estimaciones son significativamente mayores que el valor obtenido posteriormente por los telescopios. 240pxMociones geocéntricas de Kepler de Marte en Astronomía Nova (1609)240pxCálculos de la oposición de la oposición de Marte en la actualidadEstos gráficos muestran la dirección y la distancia de Marte en relación con la Tierra en el centro, con oposiciones y movimientos retrógradas aparentes aproximadamente cada dos años y oposiciones cercanas que ocurren cada 15-17 años debido a la órbita excéntrica de Marte.

En 1543, Nicolás Copérnico publicó un modelo heliocéntrico en su obra De revolutionibus orbium coelestium. Este enfoque colocó a la Tierra en una órbita alrededor del Sol entre las órbitas circulares de Venus y Marte. Su modelo explicó con éxito por qué los planetas Marte, Júpiter y Saturno estaban en el lado opuesto del cielo desde el Sol cuando estaban en medio de sus movimientos retrógrados. Copérnico fue capaz de ordenar a los planetas en su orden heliocéntrico de forma correcta basado únicamente en el período de sus órbitas alrededor del Sol. Su teoría ganó gradualmente la aceptación entre los astrónomos europeos, particularmente después de la publicación de las tablas prusianas por el astrónomo alemán Erasmus Reinhold en 1551, que fueron calculadas usando el modelo de Copérnico.

El 13 de octubre de 1590, el astrónomo alemán Michael Maestlin observó una ocultación de Marte por Venus. Uno de sus estudiantes, Johannes Kepler, rápidamente se convirtió en un adherente al sistema copernicano. Tras la finalización de su educación, Kepler se convirtió en asistente del noble y astrónomo danés Tycho Brahe. Al tener Kepler acceso a las observaciones detalladas de Tycho de Marte, él se puso a trabajar matemáticamente en el montaje de un reemplazo de las tablas prusianas. Después de fallar repetidamente en encajar el movimiento de Marte en una órbita circular como requería Copérnico, Kepler logró equiparar las observaciones de Tycho asumiendo que la órbita era una elipse y el Sol estaba localizado en uno de los focos. Su modelo se convirtió en la base de las leyes de Kepler del movimiento planetario, que fueron publicadas en su trabajo de varios volúmenes llamado Epitome Astronomiae Copernicanae entre 1615 y 1621.

Observaciones telescópicas tempranas

En su aproximación más cercana, el tamaño angular de Marte es de 25 segundos de arco (una unidad de grado); esto es demasiado pequeño poder verlo a simple vista. Por lo tanto, antes de la invención del telescopio, no se sabía nada sobre el planeta además de su posición en el cielo. El científico italiano Galileo Galilei fue la primera persona que utilizó un telescopio para realizar observaciones astronómicas. Sus registros indican que comenzó a observar Marte en septiembre de 1610. Este instrumento era demasiado primitivo para mostrar cualquier detalle superficial en el planeta, por lo que se fijó el objetivo de ver si Marte exhibía fases de oscuridad parcial similar a Venus o la Luna. Aunque no estaba seguro de su éxito, en diciembre observó que Marte se había encogido en tamaño angular. El astrónomo polaco Johannes Hevelius logró observar una fase de Marte en 1645.

thumb|left|La característica del bajo albedo de Syrtis Major es visible en el centro del disco. Imagen de la NASA/HST.|alt=An orange disk with a darker region at center and darker bands in the upper and lower halves. A white patch at the top is an ice cap, and fuzzy white regions at the bottom and the right side of the disk are cloud formations.