Начиная с середины 1960-х годов к Марсу было отправлено около 40 космических экспедиций. Не все они оказались успешными, однако те, которым хотя бы частично удалось выполнить программу исследований, собрали и передали на Землю огромный объём данных. Сейчас уже нет никаких сомнений, что на Марсе отсутствует высокоорганизованная жизнь, тем более разумная, хотя вопрос о существовании каких-либо форм жизни в далёком прошлом остался открытым. В пользу такой возможности говорит обнаружение на Марсе достаточно большого количества водяного пара и льда и многочисленных свидетельств присутствия жидкой воды на поверхности планеты в прошлом. По современным представлениям, это важнейшее условие для развития и поддержания жизни.
Марсоходы НАСА «Спирит» и «Оппортьюнити» нашли минералы, которые могли образоваться только в результате длительного воздействия воды. Орбитальный зонд «Марс Одиссей» и за ним и другие космические аппараты «увидели» залежи льда под поверхностью планеты. Окончательную точку в решении вопроса о наличии воды на Марсе поставил посадочный модуль «Феникс» (2008), обнаруживший её непосредственно в грунте. И наконец, в 2012 году марсоход «Кьюриосити» наткнулся на следы пересохшего водного потока, а затем в 2013 году определил, что содержание воды в грунте достаточно велико, до 2% по весу. Кроме того, по данным «Феникса», марсианская почва по характеристикам близка к земной и содержит необходимые составляющие для возникновения и поддержания жизни. Теоретически на такой почве можно выращивать растения. А марсоход «Кьюриосити» выявил в образце грунта углеродные соединения.
Но если растения на Марсе и существовали, то лишь в далёком прошлом. В настоящее время там можно рассчитывать найти в лучшем случае микроорганическую жизнь. Пока что все попытки обнаружить микроорганизмы окончились неудачей, однако некоторые аргументы в пользу их наличия всё же имеются.
Главный из них — присутствие в атмосфере Марса метана. Происхождение этого газа может быть как биологическое, так и геологическое, связанное с вулканической деятельностью. Со времён формирования планеты, которое произошло около 4,5 миллиарда лет назад, метан сохраниться не мог. Дело в том, что слабая атмосфера Марса неспособна защитить метан от ультрафиолетового излучения Солнца, которое разрушает его достаточно быстро, за 300—600 лет. Поэтому для существования метана в настоящее время необходимо наличие постоянного источника. Однако современная вулканическая деятельность на Марсе не обнаружена. На Земле более 90% метана производят живые организмы, и это делает метан возможным индикатором жизни.
Первое обнаружение метана на Марсе зондом «Маринер-7», признанное впоследствии недостоверным, относится к 1969 году. Но официальной датой его открытия считается 2003 год, когда выбросы метана в атмосферу Марса зафиксировали IRTF (инфракрасный телескоп НАСА) и телескоп обсерватории Кека, расположенные на Гавайских островах. По оценкам, при самом мощном выбросе в атмосферу тогда попало около 19 тысяч тонн метана. Позднее метан регистрировался как в наземных наблюдениях, так и космическими аппаратами, в частности зондом «Марс-Экспресс».
С метаном связана ещё одна загадка. По наблюдениям, содержание метана в атмосфере Марса сильно и быстро колеблется, что приводит к временам его жизни не более четырёх лет вместо сотен лет. Учёные не знают пока процессов, приводящих к столь быстрому разрушению метана. В какой-то момент они даже поставили под сомнение достоверность его обнаружения. Однако марсоход «Кьюриосити» в 2013 и 2014 годах надёжно зафиксировал выбросы метана в атмосферу, что, судя по всему, свидетельствует о существовании его локального источника. Правда, природа источника не была установлена.
Биологи предполагают, что источником метана могут служить микроорганизмы, аналогичные земным метаногенам, способные производить метан в результате метаболизма глубоко под поверхностью планеты. В Южной Африке они обнаружены на глубине 2—3 км. Такие микробы могли бы выжить ниже слоя вечной мерзлоты на Марсе. Возможно, вымершие миллионы лет тому назад микробы оставили замороженный метан, который теперь постепенно оттаивает.
Можно ещё отметить сообщение исследователей НАСА в 1996 году об обнаружении в метеорите ALH 84 001 микроскопических структур, напоминающих окаменелые примитивные бактерии. Этот метеорит был найден в 1984 году в Антарктиде и по изотопному составу определён как марсианский. Впрочем, нельзя исключить, что бактерии попали на метеорит уже на Земле, хотя их размеры значительно меньше земных аналогов.
Один из способов проверки биологического происхождения метана — измерение соотношения изотопов углерода и водорода, из которых состоит метан. Жизнь на Земле имеет тенденцию к использованию более лёгких изотопов, так как это требует меньше энергии. Например, углерода-12 будет больше по сравнению с углеродом-13.
Разрешить ряд вопросов, связанных с поисками жизни на Марсе, должна совместная миссия «Роскосмоса» и Европейского космического агентства «ЭкзоМарс», первый этап которой успешно стартовал 14 марта 2016 года. Космический аппарат с помощью российской ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» успешно выведен на траекторию перелёта к Марсу. Приставка «экзо» досталась названию миссии от науки экзобиологии, изучающей происхождение, эволюцию и распространение жизни на других планетах.
В составе миссии на Красную планету отправилась связка из двух космических аппаратов — орбитального исследовательского комплекса Trace Gas Orbiter (орбитальный газовый индикатор, TGO) и спускаемого посадочного модуля «Скиапарелли», получившего название в честь астронома, который увидел марсианские каналы.
TGO предназначен в первую очередь для изучения атмосферы Марса. Важнейшая его задача — доказать наличие в ней метана. Предстоит ответить на вопросы о сезонной зависимости выбросов метана, а также о их связи с определённой местностью. Для этого модуль имеет высокочувствительные спектрометры, способные исследовать химический состав марсианской атмосферы вплоть до самых малых составляющих. Спектрометры будут работать в различных режимах, используя как отражённый солнечный свет, так и собственное излучение планеты. Во время солнечных затмений они будут регистрировать излучение Солнца, проходящее через атмосферу Марса.
По измерениям концентрации компонентов атмосферы, их распределению по высоте и построенной температурной карте можно будет судить о процессах в атмосфере. По газовым следам исследователи, используя стереофотосъёмку поверхности планеты с очень высоким разрешением камеры (5 м на пиксель), будут искать на ней объекты, возможно связанные с источниками газа. Ими могут быть вулканы или геологические особенности поверхности.
