意大利天文学家斯基阿帕雷利于1877年利用米兰天文台24厘米口径的天文望远镜观测火星时，发现火星表面上分布着数不清的有规则的暗线条。此时，正是火星的“大冲”时期（所谓“大冲”指的是在其轨道的近日点附近与地球会合，此时距地球最近），这些宽120千米，有的长4800千米的暗线像网络一样纵横交错。他猜测这些暗线条是天然地分割大陆连接海湾的水道。因此，他把它们命名为“沟渠”。然而，后来这一命名译成英文时，却被误译成“运河”。
斯基阿帕雷利起初并没有把这些灰暗的线条与人们在地球上开凿的人工运河等同起来。因此，人们对这一发现并不十分关注。但到了19世纪80年代，由于有人把这些“暗线”与火星上“智慧生物”构筑的运河联系起来，人们对这个问题才开始加以重视。最早提出这个具有“轰动效应”观点的人是美国的天文学家洛韦尔。
洛韦尔为了便于观察火星，变卖了自己的家产，建起了自己的天文台，专门观测火星。在他的著作中，他非常自信地把观测的结果和自己的想象相结合，试图说服人们相信火星上存在“火星人”。然而火星表面严重缺乏生物生存所必须的空气和水，生物如何才能生存？他认为火星的极冠由冰雪构成，夏季融化的冰雪成为生物的水源。火星表面密布着智慧生物构筑的灌溉系统，各暗线向中央地区交汇，便明确显示了要将极地的水引向干旱的赤道地区的意图。另外许多暗线交错处的暗斑被他看成是构成火星文明中心的绿洲。
此后，洛韦尔在自己的观测结果的基础上，先后写成了《火星》、《火星及其运河》、《火星——生命的住所》三本书。他的“火星文明说”很快便得到了很多人的认同。
一时之间，“火星人”和“火星文明”传得沸沸扬扬，市场上充斥着大量有关这方面的书，再加上人们对洛韦尔的热情支持，更是把事情推向了高潮。洛韦尔于是头脑更加发热，后来甚至宣称“战神之星”的火星早已是一个“高度发达的有组织的社会”（在西方人们以神话中的战争之神马尔斯来命名火星），这里高度文明，没有战争。由于绝大多数地球人憧憬未来，渴望和平，因此这些实际上毫无根据的主观臆断却十分迎合人们的胃口。
但是，很多科学家并不认同火星上有“运河”的说法，“火星人”更犹如天方夜谭。后来，随着天文观测手段的发展，望远镜越来越精细，人们用望远镜观察，发现上述的一条条连续的暗线是由许多孤立的、形状不规则的暗斑组成的，而并非什么“运河”。之所以有这种错误，是由于在光线微弱时，观察者在主观想象中产生了错觉。人们用雷达进行探测也证明了这一事实。
英国科学家蒙德为此安排一些小学生做了一个极其简单的心理学实验，他让这些小学生坐在不同的位置上临摹大纸上随机画上的许多斑点、圆圈、椭圆、直线、波纹线和不规则的小点，结果，坐在远处的学生交上的往往是一系列有规则的直线。到此为止，关于“火星人”和“火星运河”的说法才算告一段落。
但是，人类对火星的探索不仅没有就此停下来，反而力度比以前更大了。从1964年起，美国连续向火星发射了“水手号”和“海盗号”两个系列的探测器，到1977年，已向火星发射了8个探测器。1971年11月，美国的“水手9号”探测器对火星的整个表面进行了高分辨率的照相。这些照片上的火星完全干涸，死气沉沉，几乎和月球完全一样。另外一些照片显示，有许多类似河床的地质构造位于火星表面。主要的“大河床”分布在火星赤道地区，而且有很多“支流”，“河床”宽达60千米，长达1500千米，甚至大部分河流都流向下坡。据分析，只有水等易流动的液体，才有可能形成这样的“河床”。洛韦尔所描绘的与它们的具体位置和形状差别很大，毫无疑问，它们只是一些天然河床。
1975年，火星上的河床被一些有兴趣的研究者分成了三大类：径流河床、流出河床和侵蚀河床。其中，径流河床与地球上的河流的相似点给人一种火星上应该有过能让水在其表面自由流动的条件的感觉。科学家通过进一步收集证据，仔细分析后，发现径流河床一般在古老的环形山地出现，经推测，他们认为在大约30亿年以前，像地球一样火星上有降水过程补充水源，气候也比现在温暖，大气也更浓密。20世纪90年代以后，科学家们进一步加深了对火星的认识，“火星探测者”和环火星探测器拍摄了大量的照片，他们通过对这些珍贵的资料进行分析研究，发现有一处高出地表有岩石崩塌痕迹的陡崖，陡崖由一系列岩层构成，高4000米。一些峡谷底部还有干涸的“水塘”和巨型卵石存在。很明显，这些痕迹被洪水冲刷过。因此，科学家们认为在38亿年前，火星上确实存在过汹涌的洪水。
人类为什么会对火星执着探寻呢？究其原因，主要是火星和我们生活的地球有着太多相似之处。
火星的表面像地球一样也是被大气包围着，地形也是起伏不平；它的自转周期与地球自转一周的时间几乎相等，为24小时37分22.6秒，它绕太阳公转的情况也很像地球，也有一年四季的交替和气候的变化。火星的公转周期长达687天，约是地球周期的2倍，这是它与地球的不同之处。而火星体积较小，与地球相比，它的直径只有地球直径的53%，体积是地球的15%，质量是地球的10.8%。另外，火星表面的平均温度比地球低30多度，这是因为火星距太阳较远，获得相对较少的热能。火星的南北两极有“冰冠”、“极冠”，这是因为南北极隆起的部分像帽子一样戴在火星上，随着季节的不同，这些“帽子”还会出现变化。从天空中观察火星，火星周围有围绕着它运行的火卫一、火卫二两个“月亮”以及稀薄的大气层。
火星本身也有大气，尽管这大气很稀薄。大气在火星球面上，特别是在它的边缘，形成一层烟幕。火星上大气层的密度相当于地球大气层30～40千米高处的密度，大气的主要成分完全不同于地球，二氧化碳最多，占了95%，此外还有氮占2%～3%，氩占1%～2%，氧的含量很少。火星表面气温和气压都变化很快，一天中，最高温度为-13℃，最低温度为-73℃，昼夜温差极大。
由此可见，通过人类对火星的探索，可以获得有关火星的形状、自转方向、公转周期和表面结构等资料。收集这些资料，对探索火星的起源问题是很重要的。而且，这一探索对人类自身也很有意义，因为说不定将来人类能在火星上繁衍生息呢。
