Полярные шапки - белые пятна на глобусе Марса и в буквальном, и в переносном смысле слова, это очень заметные детали даже с Земли, меняющие свои очертания в зависимости от времен года на Марсе - то разрастающиеся, то почти исчезающие. Когда на одном полушарии планеты на смену осени приходит зима, соответствующая шапка начинает расти, на другом полушарии в это время лето и там протекает обратный процесс. При этом в южном полушарии зимой холоднее, но зато летом теплее, чем в северном. С приходом весны полярная шапка начинает уменьшаться и к концу марсианского июля она почти исчезает на южном полюсе, северная же шапка намного больше. Такая картина повторяется из года в год.

В середине зимы полярные шапки занимают поверхность до 50° по широте. Нетающие, остаточные части шапок сформированы из мощных слоистых отложений. На снимках cделанных издалека они выглядят как вихреобразные образования, которые на более детальных снимках превращаются в систему уступов, террас и депрессий. Отложения, слагающие остаточные полярные шапки планеты, представляют собой слои льда, смешанного с тонкозернистым и лессоподобным материалом. Судя по температурному режиму полярных областей, в формировании остаточных ("вечных") полярных шапок главную роль играет лед Н2O.

Инфракрасное картирование поверхности Марса показало, что в летний период температура северной полярной шапки не опускается ниже -70 °С. Это исключает возможность устойчивого существования (в этот период года) на шапках льда CO2. Северная остаточная шапка Марса в настоящее время гораздо крупнее (около 1000 км в поперечнике) своего южного аналога (около 300 км), поскольку южное полушарие в летний период находится в перигелии, т. е. заметно ближе к Солнцу.

Также, этому могло способствовать более низкое положение поверхности северного полушария. Здесь расположены обширные низменности, в которых в течение миллионов лет могли накапливаться мощные толщи тонкозернистого материала, сносимого с материковых возвышенностей южного полушария.. Такие осадочные отложения в условиях сурового климата Марса и могли стать наиболее крупным потенциальным резервуаром для накопления льда.

Таким образом, предполагается, что полярные образования Марса представляют собой вместилище значительных запасов водяного льда. При этом полярные шапки Марса состоят из двух слоев. Нижний, основной слой, c толщиной оцениваемой в сотни метров, образован обычным водяным льдом, смешанным с пылью, который сохраняется и в летний период. Это постоянные шапки. Наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счет верхнего слоя толщиной менее 1 метра, состоящего из твердой углекислоты, так называемого "сухого льда". Покрываемая этим слоем площадь быстро растет в зимний период, достигая параллели 50 градусов, а иногда и переходя этот рубеж. Весной с повышением температуры этот слой испаряется и остается лишь постоянная шапка.

На этом снимке (вверху), сделаннном 13 марта 1999 г в начале этапа картографирования Марса Глобал Сервейором, представлена Северная полярная шапка в ее летнем виде. Светлые области - остаточный водяной лед, который лежит все лето. Полоса темного материала, окружающего полярную шапку - песчаные ветровые дюны. Диаметр полярной шапки составляет примерно 1100 км в поперечнике.

Вот еще один снимок ( справа ) северной полярной шапки, сделанный весной 1999-го - в северном полушарии лето и полярная шапка заметно отступила. Снимок высокого разрешения показывает край отступающей шапки - ветровые светлые полосы слева снизу. Гряды и маленькие бугры и ямы сверху и справа - части слоистых отложений полярной шапки - наслоения пыли и льда, откладываемые тысячелетиями. Поле снимка - 2.6 км шириной, освещение - справа сверху.

Ниже находится мозаика снимков южного полюса Марса, сделанных аппаратом "Викинг 2" в сентябре 1977г. Южный полюс находится ниже центра кадра у нижнего правого края полярной шапки. Поперечник шапки на этой мозаике порядка 400 км.

Следующая фотография (справа внизу) также показывает южную полярную шапку.. Снимок, полученный космическим аппаратом Марс Глобал Сервейор (Mars Global Surveyor) демонстрирует район, окружающий марсианскую полярную шапку, которая в разгар весны южного полушария имеет поперечник около 400 километров. В этот период ледяная шапка, состоящая в основном из замерзшего углекислого газа (сухого льда) с примесью водяного льда начинает уменьшаться в размерах, по мере того как льды сублимируются, т.е. переходят из твердого состояния сразу в газообразное. Вдоль нижней части снимка простираются туман и облака, состоящие из ледяных кристаллов, а справа вверху ближе к ночной стороне Красной планеты видны более темные области, уже освобожденные ото льда.

Данные, собранные Марс Глобал Сервейором, позволяют проследить,

как меняются во времени размеры и плотность ледяных шапок. Результаты последних исследований говорят, что вдобавок к сезонным изменениям южная полярная шапка Марса в течение последних нескольких лет сократилась в размерах, что является ярким свидетельством изменения марсианского климата. При измеренной скорости уменьшения полярной шапки рост содержания углекислого газа в атмосфере может заметно увеличить атмосферное давление Марса, удвоив его за время порядка сотен или тысяч марсианских лет.