Nel 1971 la sonda spaziale automatica Mariner 9 della NASA diventò il primo satellite artificiale messo in orbita attorno a Marte e, da quella posizione privilegiata, cominciò a trasmettere fotografie ravvicinate. Le prime non mostrarono quasi nulla, perché su tutto il pianeta imperversava una delle consuete tempeste di polvere. Ma quando le nubi si furono diradate, comparvero per la prima volta i dettagli della superficie di Marte, con una ricchezza di particolari maggiore rispetto alle immagini trasmesse sei anni prima da Mariner 4. Marte cominciò a rivelare il suo volto di pianeta freddo e arido, ma ricco di formazioni geologiche che lasciano intuire un passato molto vario e attivo. Le successive esplorazioni automatiche hanno confermato un'evoluzione geologica non dissimile da quella che ha caratterizzato la storia della Terra, anche se con esiti diversi. Su Marte, come su altri corpi solidi del sistema solare, Terra compresa, è possibile distinguere una netta differenziazione morfologica fra i due emisferi. L'emisfero sud, che è il più vecchio, mostra una struttura simile alle terre lunari, con elevati altipiani, un'alta densità di crateri, e alcuni grandi bacini da impatto come Hellas Planitia (2000 km di diametro) e Argyre Planitia (1000 km) che sono i maggiori in assoluto di tutto il pianeta. Si ritiene che le terre dell'emisfero sud siano coeve a quelle della Luna e che risalgano al periodo (4 miliardi di anni fa) in cui i pianeti subirono un grande bombardamento di meteoriti. Nell'emisfero nord, la superficie è stata ricoperta da effusioni laviche relativamente recenti (alcune centinaia di milioni di anni), per cui appare più liscia e pianeggiante, con una densità di crateri cinque volte inferiore a quella delle terre dell'emisfero sud. Qui si trovano le più estese pianure come Arcadia Planitia, Vastitas Borealis, Acidalya Planitia. Sempre nell'emisfero nord sono state localizzate strutture che indicano una intensa attività geologica, se non ancora in atto, di certo recente da un punto di vista geologico. Si tratta di immensi vulcani somiglianti a quelli che esistono sulla Terra. Le maggiori strutture vulcaniche hanno una forma simile ai cosiddetti vulcani-scudo della Terra (come il Mauna Loa nelle Hawaii, che è il più grande vulcano del nostro pianeta), responsabili delle cosiddette eruzioni hawaiiane, ma sono molto più sviluppate. Il più grande è stato battezzato Olympus Mons, si estende su un diametro di 700 km e si eleva per 27 km sulle pianure circostanti (ben tre volte e mezza più alto dell'Everest). La sua sommità non è caratterizzata da un'unica bocca, ma da una molteplicità di grandi caldere. Finora, nel sistema solare non sono stati visti vulcani più grandi, quindi l'Olympus Mons potrebbe avere il record. Quanto al suo stato di attività, anche se non è in corso alcun processo effusivo, i geologi ritengono che possa essere attivo. A est di Olympus c'è la regione di Tharsis con tre vulcani-scudo denominati Arsia, Pavonis e Ascraeus (fig. 12). Nella fascia equatoriale sono state localizzate imponenti strutture chiamate canyon, in analogia con le famose formazioni terrestri che caratterizzano il deserto dell'Arizona. Il canyon più spettacolare prende il nome di Valles Marineris e si sviluppa parallelamente all'equatore a circa 10° di latitudine sud. Si estende per una lunghezza di oltre 4000 km (un quinto della circonferenza planetaria), formando un sistema di valli profonde, di larghezza variabile fino a qualche centinaio di chilometri. I canyon sono stati originati probabilmente da movimenti tettonici, cioè da dislocamento di terreni lungo un sistema di fratture della crosta marziana. Ma è stato ipotizzato anche un modellamento successivo dovuto all'azione di acque sotterranee. Inoltre, pure se non imponenti nelle dimensioni, vi sono formazioni che ricordano letti fluviali ormai prosciugati. Sono stati chiamati canali, e bisogna subito precisare che non coincidono con quelli visti da Schiaparelli e altri. Essi sono rilevanti per quello che possono raccontare della storia evolutiva del pianeta. Rappresentano, infatti, prove che l'acqua era abbondante e circolava sulla superficie di Marte, scavando corsi d'acqua paragonabili al Rio delle Amazzoni. Anche la superficie di Marte è ricoperta, come la Luna, da uno strato di polvere di spessore variabile, prodotto da processi erosivi e trasportato da una regione all'altra del pianeta dai violenti uragani che spesso si scatenano su Marte. In alcune zone questa sabbia forma delle dune del tutto simili a quelle che esistono nei nostri deserti. Alla metà degli anni Settanta, dopo le esplorazioni ravvicinate delle sonde Mariner, da un lato erano tramontate le aspettative di quanti avevano considerato Marte un pianeta simile alla Terra, capace di accogliere vita a livello evoluto; dall'altro era apparso evidente che non si poteva nemmeno considerarlo un mondo inerte come la Luna. Erano state raccolte le prove dell'esistenza di acqua congelata nelle calotte polari e forse in altre regioni fredde ricche di permafrost. C'erano numerose prove di una remota ma intensa attività di tipo fluviale. Negli ambienti scientifici, ci si chiese se Marte non avesse conosciuto un'evoluzione chimico-biologica simile a quella che sulla Terra ha portato all'Origine della vita, e se di questa eventuale evoluzione, forse bruscamente interrotta, non sopravvivessero tracce di vita elementare. Nel tentativo di sciogliere questi dubbi gli americani si affrettarono a preparare un'altra missione, affidata a due sonde gemelle di nome Viking.