自1976年“海盜號”探測器和20年后“全球勘探者”查明火星地形的全貌以來，我們知道火星南北半球表面的地貌有很大差異。北半球幾乎是光滑的平地，環形山為數不多，而南半球由許多環形山覆蓋。這個事實表明，南半球是比北半球更古老的地形。赤道一帶有因大規?；鹕交顒釉斐傻乃栁魉股絽^。火星南北半球地貌差異巨大，成因一直是未解之謎。美國科學家最近在《自然》雜志發表文章認為，小行星或彗星等外力猛烈撞擊是造成火星南北差異的原因。他們認為，數十億年前，小行星或彗星猛烈撞擊年輕的火星，造成地表巨大差異。不過，也有一些科學家認為，最新研究成果雖然為撞擊說提供了更多論據，但仍無法完全排除其他可能，如火星自身的地質運動。
人類通過“水手9號”和“海盜號”探測器觀測到火星上巨大的沙塵暴，而且“全球勘探者”也于2001年觀測到幾乎覆蓋火星的大規模沙塵暴。大規模沙塵暴大多是在南半球的冬春兩季頻繁發生。例如2001年6月發生的一場沙塵暴。一開始只是南半球赫拉斯盆地上空的一團塵云，接著它的體積稍微有所增大，但是到了6月27日那天，風暴開始肆虐，塵云也急速膨脹起來。到7月初，塵云已擴散到盆地之外，并蔓延到整個火星上空。沙塵暴直到9月底才結束，但是卷起在高層的沙塵還照樣浮游在大氣中，所以到11月火星看上去還是朦朧不清。
火星的大氣很稀薄，只有地球的十幾分之一。從理論上來說，大氣大循環模型所表現的大規模的風，按火星上那樣的條件不能輕易地刮起來，所以欲從表面揚起沙塵是困難的。盡管如此，實際上大規模沙塵暴還是發生了。這是為什么呢？
火星上的河道之謎
1877年，意大利天文學家斯加帕雷里利用火星近日點與地球會合的機會，用口徑24厘米的望遠鏡觀察火星后發現，火星表面有些模糊不清的暗線和暗斑，這些暗線把一個個暗斑連接起來，有的暗線寬達120千米，長4 800千米，縱橫交錯，形成覆蓋火星大陸的網絡。斯加帕雷里將自己的發現繪制成圖表，公之于世，引起天文學界的廣泛關注，對這些暗線和暗斑也進行各種猜測。
1964年至1977年間，美國先后向火星上發射了“水手號”和“海盜號”兩個系列共8個探測器。1971年11月，“水手”9號對火星全部表面進行了高分辨率的照相，發現了火星上有寬闊而彎曲的河床。不過，這些河床與轟動一時的運河完全是兩回事。這些干涸的河床，最長的約1 500千米，寬達60千米或更多。主要的大河床分布在赤道地區，大河床和它的支流系統結合，形成脈絡分明的水道系統。還可以觀測到呈淚滴狀的島、沙洲和辮形花紋，支流幾乎全部朝著下坡方向流去?？茖W家們分析，只有像水那樣的少黏滯性流體才能造成這種河床，這是天然河床，絕不是“火星人”的運河。
那么，火星上為何只有河道而沒有水？這是科學家們長期不解的一個問題。
如今經過探測器探測，火星表面溫度很低，大部分水作為地下冰存在于極冠之中。極稀薄的大氣，使得冰在溫度足夠高時只能直接升華為水蒸氣，自由流動的河水是無法存在的。而這些火星河床說明，過去的火星肯定與今日的火星大不相同。
關于火星河床的成因，一種假說認為，在火星的歷史早期，自轉軸的傾斜度比現在更大，因而兩極的極冠融化，大量二氧化碳進入大氣，大量的水蒸發并凝成雨滴在赤道地區落下，形成河流；另一種假說認為，在火星歷史的早期，頻繁的火山活動噴出了大量氣體，這些濃厚的原始大氣曾經使火星表面溫暖如春，造成了冰雪融化、河水滔滔的景色。后來火山活動減少，火山氣體逐漸分解，火星大氣變得稀薄、干燥、寒冷，從此，河水干涸，成為一個荒涼的世界。
當然，對于火星河流的形成還可以提出更多的猜想與假說。然而，科學家們最關心的問題是：滔滔的河水跑到哪里去了？有人提出，從巨大的江河到今日滴水皆無，這說明火星的氣候發生了根本的變化。
