במהלך תנועתו סביב השמש, מגיע מאדים למרחק 56 מיליון ק"מ מכדור הארץ, כך שהוא קרוב לארץ יותר מכל פלנטה אחרת, מלבד נוגה. מכיוון שמרחקו מהשמש גדול מזה של כדור הארץ, הצד המואר שלו פונה לכדור הארץ כאשר הוא קרוב אלינו. (אתה יכול לצייר תרשים פשוט של שני מסלולים כדי לאשר את עובדה זו). מראה מאדים הקרוב יחסית, יוצר הזדמנות לצופים בכדור הארץ ללמוד על תכונות פני השטח שלו.
מחקרים הראשונים של מאדים בוצעו זמן קצר לאחר שגלילאו השתמש לראשונה בטלסקופ האסטרונומי ב- 1610. הפיזיקאי ההולנדי כריסטיאן הויגנס דיווח לראשונה על כמה סימנים כהים על פני כוכב הלכת ב- 1659. כמה שנים לאחר מכן, האסטרונום האיטלקי ג'ובאני קאסיני עקב אחר הסימנים ובעזרתם קבע שמאדים משלים סיבוב ב- 24 שעות ו -37 דקות. במילים אחרות, אורכו של יום במאדים זהה כמעט לזה של בכדור הארץ.
בסוף המאה ה -17, אסטרונומים גילו עוד תכונות הדומות לתכונותיו של כדור הארץ. קיימים עננים ב מאדים ובקטבים מופעיות כיפות שלג לבנות בהירות. כובעי הקרח הקוטביים של מאדים מתכווצים בקיץ ומתרחבים בחורף, בדומה לכיפות הקרח של כדור הארץ. סימני השטח שנצפו על ידי קסיני ואחרים עברו שינויים עונתיים, בקיץ הם גדלו ונעשו כהים ושינו את צורתם משנה לשנה. כמה צופים אפילו חשבו שאולי אלו כתמי צמחייה.
תצפיות מוקדמות של מאדים תמכו ברעיון מתקופת הרנסנס שנקרא "ריבוי העולמות". השערה זו הציעה שכוכבי לכת האחרים הם למעשה עולמות הדומים לכדור הארץ. כדי לראות עד כמה הרעיון הזה היה מהפכני באותה תקופה, חשבו על התקדמות הרעיונות ביחס לכוכבי הלכת האחרים בהיסטוריה. בתקופה היוונית, כוכבי הלכת נראו כמו ישויות על-טבעיות או אורות מיסטיים, גבישיים שנסעו בממלכה שמימית מעל כדור הארץ. ואז, בשנת 1600, בעקבות המהפכה קופרניקנית נקבע כי כוכבי הלכת וכדור הארץ נעים סביב השמש. הרעיון של ריבוי העולמות הוביל את המהפכה הקופרניקנית צעד אחד הלאה: כוכבי לכת האחרים עשויים להיות עולמות שלמים כמו כדור הארץ, עם משטחים גיאולוגיים מוכרים, אקלים, עננים, מזג אוויר – ואולי אפילו חיים!
הרעיון של חיים אינטליגנטיים על כוכבי לכת אחרים, ובמיוחד התיאוריה של פרסיוואל לואל על בניית תעלות במאדים, השפיעו עמוקות על התרבות שלנו במשך כמעט מאה שנה. הרעיונות של לואל אילצו אנשים להרחיב את גבולות הדמיון שלהם ולבחון אפשרות של קיום ציוויליזציה על פלנטה אחרת. המשורר האנגלי אלפרד לורד טניסון כתב שיר שבחן את האפשרות שתושבי מאדים יכולו לזהות את הציוויליזציה על פני כדור הארץ. הסופר הבריטי ה.ג' וולס פירסם רומן מדע בדיוני ב- 1898, מלחמת העולמות, שבו תושבי מאדים פולשים לכדור הארץ, רק כדי שיובסו על ידי חיידקים יבשתיים. וולס ציין כי אוכלוסיות ילידי האוקיינוס השקט וארצות הברית הוכחדה בשנים 1700 ו- 1800 על ידי מחלות אירופאיות (העגבת נעה בכיוון ההפוך, מאמריקה לאירופה). הוא העלה את האפשרות שמגע בין העולמות יכול להיות קטלני למין זה או אחר, באמצעות מחלה או סכסוך. וולס כתב, "הטסמנים, למרות הדמיון האנושי שלהם, נסחפו לחלוטין מתוך מלחמת השמד שביצעו מהגרים אירופאים … האם אנחנו עד כדי כך רחומים שנוכל על תושבי מאדים הנלחמים באותה רוח?"
ה.ג', וולס חקר את ההשלכות האפשריות של רעיונות מדעיים, אבל הציג גם ספקולציות הזויות. הפחד מפני עב"מ בסוף המאה ה- 19, לאחר פרסום מלחמת העולמות, גרם להופעת גל של דיווחים על חלליות ממאדים. הם תוארו כחלליות שהופיעו לראשונה. עב"מים דווחו בצורה היסטורית היו בעלי צורה התואמת את הטכנולוגית החלל המתקדמת כיום. קיים דמיון בין החלליות בסוף המאה ה- 19, לבין החפצים מתכתיים מבריקים מאז שנות ה- 50, כאשר הופיעו מטוסי ריגול ויוצרו מטוסי הסילון הראשונים. מספר הדיווחים על עב"מים שדווחו הגיע לשיא בעקבות מספר אירועים מרכזיים בתכנית החלל: ברית המועצות זעזעה את ארצות הברית עם השקתו של ספוטניק ב -1957, וגרמה לאנשים רבים לחשוש מפני האפשרות של נשק בחלל. השיא הגדול הבא בתצפיות של עב"מים התרחש כאשר בני האדם הגיעו לירח בשנת 1969. תצפיות אלה לא נבעו, קרוב לוודאי, מביקורים של זרים אמיתיים, אלא מקורם בעניין ציבורי ביחס למתרחש בעולמות אחרים.
מ -1910 עד 1940, אדגר רייס בורוז (יוצר טרזן), ריי ברדבורי ואחרים כתבו עוד ספרי מדע בדיוני על תרבויות מאדים. בסביבות ליל כל הקדושים ב- 1938, הבמאי הצעיר מבריק אורסון וולס הכין תסכית דרמטי של מלחמת העולמות, שבו נחתו אנשי מאדים בניו ג'רזי והתקדמו לעבר ניו יורק. הדבר עורר פאניקה בחוף המזרחי, כאשר המאזינים בטאו את חרדתם בשידורי החדשות. תרבויות של מאדים כבשו את דמיונו של העולם והשתלבו עמוקות בתרבות הפופולרית שלנו.
במאה ה- 20, מידע מדעי על מאדים המשיך להצטבר ולהיחקר. טכניקות אסטרונומיות טובות יותר ונתונים חדשים הוכיחו כי למאדים יש סביבה קשה יותר מכפי שחשבו לראשונה. מאדים הוא כוכב לכת קר מאוד, בעל אטמוספירה דלילה. אף על פי כן, היו שטוענים כי האבולוציה אולי יצרה צמחייה במאדים שהתאימה לתנאים הקשים האלה. מדענים רבים האמינו שצמחיה כזו מסבירה את הסימנים האפלים המשתנים על פניו. אבל נתונים מטלסקופים ארציים בשנות השישים הפכו את מאדים לעוין עוד יותר: מדידות ספקטרוסקופיות גילו כי לחץ האוויר על מאדים היה דומה ללחץ בגובה 30,000 מטרים מעל כדור הארץ. בגבוה שכזה מטוסים מסחריים אינם יכולים לטוס. בשנת 1965 הפך מרינר 4 לרכב החלל הראשון שהגיע לכוכב הלכת האדום. בעודו חולף על פני מאדים, הוא צילם כמה צילומי תקריב של אזורים מקומיים, שהראו משטח מכוסה במכתשים, שנראה כמו הירח. רוב המדענים הגיעו למסקנה כי מאדים חייב להיות עולם קפוא, מת, דמוי ירח. הם היו קרובים יותר לאמת מאשר לואל, אבל התברר שמאדים מעניין יותר ממה שחשבו המדענים באותה עת.