Большое значение имеет изучение отражения света различными областями Марса. В частности, А. Дольфюс показал, что полярные шапки Марса не могут состоять из снега или льда, по крайней мере, в обычном их состоянии. Он указывает, что снег, лед и изморозь имеют иные отражательные свойства, чем марсианские полярные шапки.

Ближе всего к ним подходит мелкая зернистая изморозь, образованная тонкими крупинками, в особенности та, которая получается искусственно при очень низкой температуре и пониженном давлении. При сильном освещении ее электрической дугой испарение происходит сразу, без перехода в жидкое состояние. Следовательно, это не снег и не лед, и даже не обычная изморозь, но особая структура — отвердевшая вода при низком давлении и сравнительно интенсивном облучении. Это показывает, что на Марсе вода не существует в жидком виде.

Сравнивая отражательные свойства марсианских пустынь с земными породами, можно прийти к заключению, что поверхность Марса, всего вероятнее, состоит из лимонита, т. е. из силикатных окислов железа. Американский астрофизик Дж. П. Кейпер в 1948 г. предложил как более вероятное объяснение наблюдаемым свойствам марсианских пустынь считать, что они состоят преимущественно из коричневатого фельсита—силикат алюминия и калия. Многочисленные фотометрические наблюдения астрономов Н. П. Барабашева, В. В. Шаронова и других показали, что марсианские пустыни и моря отражают свет, как ровные гладкие поверхности, покрытые мелкой пылью, и в этом представляют разительный контраст с Луной.

Марсианские моря несколько больше отличаются от идеальной гладкой поверхности, чем пустыни, но все же совершенно не соответствуют тому, что можно было бы ожидать в случае, если бы их отражательные свойства определялись какой-либо растительностью.

Большое значение для изучения физических условий на Марсе имело определение его температуры при помощи пустотных термоэлементов, что впервые было сделано Кобленцом на обсерватории Ловелла (США). Оказалось, что температура светлых областей Марса может достигать в дневных условиях +10° С, снижаясь до минус 40°—50° С на протяжении ночи.

Оказалось также, что марсианские моря отличаются заметно более высокой температурой, вплоть до +25° С. Это прямо противоположно тому, что можно было бы ожидать в случае более темной растительности, которая заметную долю получаемой от Солнца лучистой энергии расходует не на простое нагревание, а на химические процессы, связанные с жизненной деятельностью. В действительности оказывается, что наблюдаемое повышение температуры более темных марсианских морей, по сравнению с пустынями, вполне соответствует обычному равновесному тепловому состоянию. Это снова говорит против предположения о какой-либо развитой растительности.

Итак, мы видим, насколько современные исследования Марса — планеты, более всего сходной с нашей Землей, все больше и больше разрушают первоначальное представление о нем, как о планете с высокоразвитой органической жизнью. Большое значение в том же направлении имели тщательные исследования свойств марсианской атмосферы.

Еще ранние фотографии астрофизика, члена корреспондента Академии наук Г. А. Тихова (1875—1960), произведенные им на большом пулковском рефракторе в 1909 г. сквозь различные светофильтры, представляющие Марс в различных по цвету лучах, а затем позднейшие аналогичные фотографии Райта и Росса на Маунт Вилсоновской обсерватории в США наглядно показали, что Марс окружен довольно протяженной атмосферой.

Действительно, на фотографиях планеты, полученных в фиолетовых и ультрафиолетовых лучах, обычно не видно никаких деталей, за исключением отдельных светлых облаков, а на фотографиях в красных и инфракрасных лучах преимущественно выявляется самая поверхность планеты. Подобный способ фотографирования ныне широко применяется в аэрофотосъемке земных предметов с самолетов, чтобы исключить отрицательное влияние земной атмосферы на качество снимков. Кроме того, диаметр Марса на первых фотографиях получается большим, чем на вторых, что также свидетельствует о наличии у планеты протяженной атмосферы.

Однако надежно установить химический состав марсианской атмосферы до сих пор не удалось. В принципе это возможно установить по спектру планеты. Известно, что пучок световых лучей, пройдя сквозь трехгранную стеклянную призму, разлагается на составляющие его цвета и образует радужную полоску, называемую спектром. Если на своем пути световой пучок проходит сквозь какой-либо газ, то в спектре появляются тонкие темные линии или широкие размытые полосы, называемые линиями и полосами поглощения.

Положение и вид этих линий и полос зависит от химической природы газа. Поскольку каждому цветовому оттенку соответствует определенная длина световой волны, выражаемая в микронах (тысячных долях миллиметра), то темным линиям и полосам поглощения также приписывается длина тех световых волн, место которых в спектре занимается ими. Интенсивность линий и полос поглощения зависит от количества соответствующего им газа.

Видимая часть спектра образуется очень узким интервалом длин световых волн — от 0,42 микрона (фиолетовый конец спектра) до 0,78 микрона (красный конец спектра). За пределами видимой части спектра простираются в обе стороны невидимые его области, называемые соответственно ультрафиолетовой (с длиной волны, меньшей 0,4 микрона) и инфракрасной (с длиной волны, большей 0,8 микрона), которые обнаруживаются по их действию на фотографические пластинки и другие приемники радиации.

Планеты освещаются Солнцем, и поэтому их спектры в общем похожи на солнечный спектр, но при наличии у планеты атмосферы последняя, в зависимости от своего химического состава, поглощает световые лучи строго определенных длин волн, и в этих местах спектра образуются линии и полосы поглощения, по которым можно установить химическую природу поглощающего газа, т. е. определить химический состав атмосферы планеты. Если же в атмосфере планеты произойдет яркая вспышка, сама излучающая свет, то в спектре появятся яркие линии, называемые эмиссионными, или линиями излучения.
Уже с 1926 г. делаются многочисленные попытки найти в спектре Марса полосы поглощения молекулярного кислорода и водяных паров, но до сих пор эти попытки не увенчались успехом.

Поскольку кислород вообще обладает огромной химической активностью и быстро вступает в химические соединения со многими элементами, можно полагать, что его совершенно не имеется в марсианской атмосфере. Что же касается водяных паров, то, если они и имеются, то в таком незначительном количестве, что не могут быть пока обнаружены с Земли.