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A NASA revela fotografias tiradas pela Mars Global Surveyor sugerindo a presença de água líquida em Marte.

Quase toda a água em Marte hoje existe como gelo, embora também exista em pequenas quantidades como vapor na atmosfera. O que se pensava ser salmouras líquidas de baixo volume em solo marciano raso, também chamado de linhas de declive recorrentes, podem ser grãos de areia e poeira escorrendo morro abaixo para fazer listras escuras. O único lugar onde o gelo de água é visível na superfície é na calota polar norte. Abundante gelo de água também está presente sob a calota de gelo permanente de dióxido de carbono no pólo sul marciano e na subsuperfície rasa em condições mais temperadas. Mais de 5 milhões de km3 de gelo foram detectados na superfície de Marte ou perto dela, o suficiente para cobrir todo o planeta a uma profundidade de 35 metros (115 pés). É provável que ainda mais gelo fique preso no subsolo profundo. Alguma água líquida pode ocorrer transitoriamente na superfície marciana hoje, mas limitada a vestígios de umidade dissolvida da atmosfera e filmes finos, que são ambientes desafiadores para a vida conhecida. Não existem grandes corpos permanentes de água líquida na superfície do planeta, porque a pressão atmosférica lá é em média apenas 610 pascal (0,088 psi), um número ligeiramente abaixo da pressão de vapor da água em seu ponto triplo; sob condições marcianas médias, o aquecimento da água na superfície marciana seria sublime, significando a transição direta do sólido para o vapor; inversamente, a água de resfriamento se depositaria, significando a transição direta do vapor para o sólido. Antes de cerca de 3,8 bilhões de anos atrás, Marte pode ter tido uma atmosfera mais densa e temperaturas de superfície mais altas, permitindo grandes quantidades de água líquida na superfície, possivelmente incluindo um grande oceano que pode ter coberto um terço do planeta. A água também aparentemente fluiu pela superfície por curtos períodos em vários intervalos mais recentemente na história de Marte. Aeolis Palus na Cratera Gale, explorada pelo rover Curiosity, são os restos geológicos de um antigo lago de água doce que poderia ter sido um ambiente hospitaleiro para a vida microbiana. O inventário atual de água em Marte pode ser estimado a partir de imagens de naves espaciais, técnicas de sensoriamento remoto (medidas espectroscópicas, radar, etc.) e investigações de superfície de aterrissadores e rovers. Evidências geológicas de águas passadas incluem enormes canais de escoamento esculpidos por enchentes, antigas redes de vales fluviais, deltas e leitos de lagos; e a detecção de rochas e minerais na superfície que só poderiam ter se formado em água líquida. Numerosas feições geomórficas sugerem a presença de gelo no solo (permafrost) e o movimento do gelo nas geleiras, tanto no passado recente quanto no presente. Ravinas e linhas de encosta ao longo de penhascos e paredes de crateras sugerem que a água corrente continua a moldar a superfície de Marte, embora em um grau muito menor do que no passado antigo.

Embora a superfície de Marte fosse periodicamente molhada e pudesse ter sido hospitaleira para a vida microbiana bilhões de anos atrás, o ambiente atual na superfície é seco e subcongelante, provavelmente apresentando um obstáculo intransponível para os organismos vivos. Além disso, Marte não possui uma atmosfera espessa, camada de ozônio e campo magnético, permitindo que a radiação solar e cósmica atinja a superfície sem impedimentos. Os efeitos prejudiciais da radiação ionizante na estrutura celular é outro dos principais fatores limitantes na sobrevivência da vida na superfície. Portanto, os melhores locais potenciais para descobrir vida em Marte podem estar em ambientes subterrâneos. Grandes quantidades de gelo subterrâneo foram encontradas em Marte; o volume de água detectado é equivalente ao volume de água do Lago Superior. Em 2018, os cientistas relataram a descoberta de um lago subglacial em Marte, 1,5 km (0,93 mi) abaixo da calota polar sul, com uma extensão horizontal de cerca de 20 km (12 mi), o primeiro corpo estável conhecido de água líquida no planeta, mas trabalhos posteriores questionaram essa detecção. Compreender a extensão e a situação da água em Marte é vital para avaliar o potencial dos planetas para abrigar vida e fornecer recursos utilizáveis ​​para futuras explorações humanas. Por esta razão, "Follow the Water" foi o tema científico do Programa de Exploração de Marte (MEP) da NASA na primeira década do século XXI. As missões da NASA e da ESA, incluindo 2001 Mars Odyssey, Mars Express, Mars Exploration Rovers (MERs), Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) e Mars Phoenix, forneceram informações sobre a abundância e distribuição da água em Marte. Mars Odyssey, Mars Express, MRO e o rover Mars Science Lander Curiosity ainda estão operando, e as descobertas continuam a ser feitas.

Em setembro de 2020, os cientistas confirmaram a existência de vários grandes lagos de água salgada sob gelo na região polar sul do planeta Marte. De acordo com um dos pesquisadores, "Identificamos o mesmo corpo de água [como sugerido anteriormente em uma detecção inicial preliminar], mas também encontramos três outros corpos de água ao redor do principal... É um sistema complexo". Em março de 2021, os pesquisadores relataram que a quantidade considerável de água no antigo Marte permanece em Marte, mas, na maior parte, provavelmente foi sequestrada nas rochas e na crosta do planeta ao longo dos anos.

A National Aeronautics and Space Administration (NASA) é uma agência independente do governo federal dos EUA responsável pelo programa espacial civil, bem como pela aeronáutica e pela pesquisa espacial. A NASA foi criada em 1958, sucedendo o National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). A nova agência deveria ter uma orientação distintamente civil, encorajando aplicações pacíficas na ciência espacial. Desde a sua criação, a maioria dos esforços de exploração espacial dos EUA foi liderada pela NASA, incluindo as missões de pouso da Apollo na Lua, a estação espacial Skylab e, mais tarde, o ônibus espacial. A NASA está apoiando a Estação Espacial Internacional e está supervisionando o desenvolvimento da espaçonave Orion, o Sistema de Lançamento Espacial, os veículos da Tripulação Comercial e a planejada estação espacial Lunar Gateway. A agência também é responsável pelo Programa de Serviços de Lançamento, que fornece supervisão das operações de lançamento e gerenciamento de contagem regressiva para lançamentos não tripulados da NASA.

A ciência da NASA está focada em entender melhor a Terra através do Sistema de Observação da Terra; o avanço da heliofísica por meio dos esforços do Programa de Pesquisa em Heliofísica da Diretoria de Missão Científica; explorando corpos em todo o Sistema Solar com naves robóticas avançadas, como a New Horizons; e pesquisando tópicos de astrofísica, como o Big Bang, por meio dos Grandes Observatórios e programas associados.