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Zu diesen genauen Kenntnissen über den Mars gelangte man im Verlauf von sechs Missionen unbemannter amerikanischer Raumsonden in der Zeit von 1964 bis 1976. Die ersten Bilder vom Mars wurden 1964 vom Mariner 4 aufgenommen Weitere Informationen brachten die Vorbeiflugmissionen von Mariner 6 und 7 im Jahre 1969. Der erste Mars-Orbiter, Mariner 9, startete 1971. Die Sonde untersuchte den Planeten fast ein Jahr lang, wodurch die Planetenwissenschaftler das erste umfassende Bild von dem Planeten und die ersten detaillierten Aufnahmen von seinen zwei Monden erhielten. 1976 landeten Viking l und II erfolgreich auf dem Mars und führten die ersten unmittelbaren Untersuchungen der Atmosphäre und der Oberfläche durch. Viking II stellte im April 1980 seinen Betrieb ein.
Viking 1 arbeitete bis November 1982. Zur Viking-Mission gehörten auch zwei Orbiter, die den Planeten fast zwei Marsjahre lang untersuchten. 1988 entsandte die Sowjetunion zwei Raumsonden, die auf dem Mond Phobos landen sollten. Beide Missionen schlugen fehl, allerdings übermittelte die eine Sonde noch einige Daten und Aufnahmen, bevor der Funkkontakt abbrach.
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