The HiRISE camera features a 0.5 m diameter primary mirror, 12 m effective focal length, and a focal plane system that can acquire images containing up to 28 Gb (gigabits) of data in as little as 6 seconds. HiRISE will provide detailed images (0.25 to 1.3 m/pixel) covering ∼1% of the Martian surface during the 2‐year Primary Science Phase (PSP) beginning November 2006. Most images will include color data covering 20% of the potential field of view. A top priority is to acquire ∼1000 stereo pairs and apply precision geometric corrections to enable topographic measurements to better than 25 cm vertical precision. We expect to return more than 12 Tb of HiRISE data during the 2‐year PSP, and use pixel binning, conversion from 14 to 8 bit values, and a lossless compression system to increase coverage. HiRISE images are acquired via 14 CCD detectors, each with 2 output channels, and with multiple choices for pixel binning and number of Time Delay and Integration lines. HiRISE will support Mars exploration by locating and characterizing past, present, and future landing sites, unsuccessful landing sites, and past and potentially future rover traverses. We will investigate cratering, volcanism, tectonism, hydrology, sedimentary processes, stratigraphy, aeolian processes, mass wasting, landscape evolution, seasonal processes, climate change, spectrophotometry, glacial and periglacial processes, polar geology, and regolith properties. An Internet Web site (HiWeb) will enable anyone in the world to suggest HiRISE targets on Mars and to easily locate, view, and download HiRISE data products.

The Thermal Emission Spectrometer (TES) investigation on Mars Global Surveyor (MGS) is aimed at determining (1) the composition of surface minerals, rocks, and ices; (2) the temperature and dynamics of the atmosphere; (3) the properties of the atmospheric aerosols and clouds; (4) the nature of the polar regions; and (5) the thermophysical properties of the surface materials. These objectives are met using an infrared (5.8‐ to 50‐μm) interferometric spectrometer, along with broadband thermal (5.1‐ to 150‐μm) and visible/near‐IR (0.3‐ to 2.9‐μm) radiometers. The MGS TES instrument weighs 14.47 kg, consumes 10.6 W when operating, and is 23.6×35.5×40.0 cm in size. The TES data are calibrated to a 1‐σ precision of 2.5 −6 ×10 −8 W cm −2 sr −1 /cm −1 , 1.6×10 −6 W cm −2 sr −1 , and ∼0.5 K in the spectrometer, visible/near‐IR bolometer, and IR bolometer, respectively. These instrument subsections are calibrated to an absolute accuracy of ∼4×10 −8 W cm −2 sr −1 /cm −1 (0.5 K at 280 K), 1–2%, and ∼1–2 K, respectively. Global mapping of surface mineralogy at a spatial resolution of 3 km has shown the following: (1) The mineralogic composition of dark regions varies from basaltic, primarily plagioclase feldspar and clinopyroxene, in the ancient, southern highlands to andesitic, dominated by plagioclase feldspar and volcanic glass, in the younger northern plains. (2) Aqueous mineralization has produced gray, crystalline hematite in limited regions under ambient or hydrothermal conditions; these deposits are interpreted to be in‐place sedimentary rock formations and indicate that liquid water was stable near the surface for a long period of time. (3) There is no evidence for large‐scale (tens of kilometers) occurrences of moderate‐grained (>50‐μm) carbonates exposed at the surface at a detection limit of ∼10%. (4) Unweathered volcanic minerals dominate the spectral properties of dark regions, and weathering products, such as clays, have not been observed anywhere above a detection limit of ∼10%; this lack of evidence for chemical weathering indicates a geologic history dominated by a cold, dry climate in which mechanical, rather than chemical, weathering was the significant form of erosion and sediment production. (5) There is no conclusive evidence for sulfate minerals at a detection limit of ∼15%. The polar region has been studied with the following major conclusions: (1) Condensed CO 2 has three distinct end‐members, from fine‐grained crystals to slab ice. (2) The growth and retreat of the polar caps observed by MGS is virtually the same as observed by Viking 12 Martian years ago. (3) Unique regions have been identified that appear to differ primarily in the grain size of CO 2 ; one south polar region appears to remain as black slab CO 2 ice throughout its sublimation. (4) Regional atmospheric dust is common in localized and regional dust storms around the margin and interior of the southern cap. Analysis of the thermophysical properties of the surface shows that (1) the spatial pattern of albedo has changed since Viking observations, (2) a unique cluster of surface materials with intermediate inertia and albedo occurs that is distinct from the previously identified low‐inertia/bright and high‐inertia/dark surfaces, and (3) localized patches of high‐inertia material have been found in topographic lows and may have been formed by a unique set of aeolian, fluvial, or erosional processes or may be exposed bedrock.

Phoenix Ascending The Phoenix mission landed on Mars in March 2008 with the goal of studying the ice-rich soil of the planet's northern arctic region. Phoenix included a robotic arm, with a camera attached to it, with the capacity to excavate through the soil to the ice layer beneath it, scoop up soil and water ice samples, and deliver them to a combination of other instruments—including a wet chemistry lab and a high-temperature oven combined with a mass spectrometer—for chemical and geological analysis. Using this setup, Smith et al. (p. 58 ) found a layer of ice at depths of 5 to 15 centimeters, Boynton et al. (p. 61 ) found evidence for the presence of calcium carbonate in the soil, and Hecht et al. (p. 64 ) found that most of the soluble chlorine at the surface is in the form of perchlorate. Together these results suggest that the soil at the Phoenix landing site must have suffered alteration through the action of liquid water in geologically the recent past. The analysis revealed an alkaline environment, in contrast to that found by the Mars Exploration Rovers, indicating that many different environments have existed on Mars. Phoenix also carried a lidar, an instrument that sends laser light upward into the atmosphere and detects the light scattered back by clouds and dust. An analysis of the data by Whiteway et al. (p. 68 ) showed that clouds of ice crystals that precipitated back to the surface formed on a daily basis, providing a mechanism to place ice at the surface.

Neutron data observed using the Neutron Spectrometer aboard 2001 Mars Odyssey provide a lower limit to the global inventory of Martian water‐equivalent hydrogen. Hydrogen‐rich deposits ranging between about 20% and 100% water‐equivalent by mass are found poleward of ±50° latitude, and less rich, but significant, deposits are found at near‐equatorial latitudes. The equatorial deposits between ±45° latitude range between 2% and 10% water‐equivalent hydrogen by mass and reach their maximum in two regions that straddle the 0‐km elevation contour. Higher water abundances, up to ∼11%, are required in subsurface regolith of some equatorial regions if the upper 10 g/cm 2 of regolith is desiccated, as suggested on average by comparison of epithermal and fast neutron data. The hydrogen contents of surface soils in the latitude range between 50° and 80° north and south are equal within data uncertainties. A lower‐limit estimate of the global inventory of near surface hydrogen amounts to a global water layer about 14 cm thick if the reservoir sampled from orbit is assumed to be 1 m thick.

High-resolution thermal inertia mapping results are presented, derived from Mars Global Surveyor (MGS) Thermal Emission Spectrometer (TES) observations of the surface temperature of Mars obtained during the early portion of the MGS mapping mission. Thermal inertia is the key property controlling the diurnal surface temperature variations, and is dependent on the physical character of the top few centimeters of the surface. It represents a complex combination of particle size, rock abundance, exposures of bedrock, and degree of induration. In this work we describe the derivation of thermal inertia from TES data, present global scale analysis, and place these results into context with earlier work. A global map of nighttime thermal-bolometer-based thermal inertia is presented at 14° per pixel resolution, with approximately 63% coverage between 50°S and 70°N latitude. Global analysis shows a similar pattern of high and low thermal inertia as seen in previous Viking low-resolution mapping. Significantly more detail is present in the high-resolution TES thermal inertia. This detail represents horizontal small-scale variability in the nature of the surface. Correlation with albedo indicates the presence of a previously undiscovered surface unit of moderate-to-high thermal inertia and intermediate albedo. This new unit has a modal peak thermal inertia of 180–250 J m−2 K−1 s−12 and a narrow range of albedo near 0.24. The unit, covering a significant fraction of the surface, typically surrounds the low thermal inertia regions and may comprise a deposit of indurated fine material. Local 3-km-resolution maps are also presented as examples of eolian, fluvial, and volcanic geology. Some impact crater rims and intracrater dunes show higher thermal inertias than the surrounding terrain; thermal inertia of aeolian deposits such as intracrater dunes may be related to average particle size. Outflow channels and valleys consistently show higher thermal inertias than the surrounding terrain. Generally, correlations between spatial variations in thermal inertia and geologic features suggest a relationship between the hundred-meter-scale morphology and the centimeter-scale surface layer.

Mars undergoes significant oscillations in its orbit, which will have a pronounced effect on its climate and, in particular, on the behavior of subsurface water ice. We explore and map the behavior of ice in the Martian near‐surface regolith over the past 1 m.y. using a diffusion and condensation model presented in an earlier paper, with two primary modifications to include orbitally induced variations in insolation and atmospheric water abundance. We find that the past behavior of ground ice differs significantly from that at the present epoch, primarily the result of high‐amplitude oscillations in obliquity (presently 25°). In midlatitude and equatorial regions, ground ice will condense from atmospheric water during times of higher obliquity, filling the top few meters of the regolith with significant amounts of ice. At an obliquity of 32°, ground ice becomes stable globally. During times of lower obliquity, ground ice will sublime and diffuse back into the atmosphere, dessicating the regolith to a depth of about 1 to 2 m equatorward of 60° to 70° latitude. In the high‐latitude regions these oscillations are considerably subdued. Below this depth of cyclic saturation and dessication a long‐term stability of ice exists in some geographic regions. We present a map of the distribution of ice expected at the present epoch. Cyclic exchange of water between the global regolith and polar regions will have significant implications for surface geology and the polar layered deposits.

A committee of the Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG) has reviewed and updated the description of Special Regions on Mars as places where terrestrial organisms might replicate (per the COSPAR Planetary Protection Policy). This review and update was conducted by an international team (SR-SAG2) drawn from both the biological science and Mars exploration communities, focused on understanding when and where Special Regions could occur. The study applied recently available data about martian environments and about terrestrial organisms, building on a previous analysis of Mars Special Regions (2006) undertaken by a similar team. Since then, a new body of highly relevant information has been generated from the Mars Reconnaissance Orbiter (launched in 2005) and Phoenix (2007) and data from Mars Express and the twin Mars Exploration Rovers (all 2003). Results have also been gleaned from the Mars Science Laboratory (launched in 2011). In addition to Mars data, there is a considerable body of new data regarding the known environmental limits to life on Earth—including the potential for terrestrial microbial life to survive and replicate under martian environmental conditions. The SR-SAG2 analysis has included an examination of new Mars models relevant to natural environmental variation in water activity and temperature; a review and reconsideration of the current parameters used to define Special Regions; and updated maps and descriptions of the martian environments recommended for treatment as “Uncertain” or “Special” as natural features or those potentially formed by the influence of future landed spacecraft. Significant changes in our knowledge of the capabilities of terrestrial organisms and the existence of possibly habitable martian environments have led to a new appreciation of where Mars Special Regions may be identified and protected. The SR-SAG also considered the impact of Special Regions on potential future human missions to Mars, both as locations of potential resources and as places that should not be inadvertently contaminated by human activity. Key Words: Martian environments—Mars astrobiology—Extreme environment microbiology—Planetary protection—Exploration resources. Astrobiology 14, 887–968.

Martian Impact Impact craters form frequently on Mars, exposing material that would otherwise remain hidden below the surface. Byrne et al. (p. 1674 ) identified mid-latitude craters that formed over the last few years, imaged them in great detail with a camera on board the Mars Reconnaissance Orbiter, and monitored subsequent changes. The craters excavated buried water ice, which was later seen sublimating away. In addition, some craters might have excavated completely through the ice. The observations are consistent with models and other observations that suggest water ice should be stable decimeters to about 1 meter below the martian surface at latitudes poleward of about 40°; and suggest that, in the recent past, Mars had a wetter atmosphere than at present.

The Shallow Radar (SHARAD) on the Mars Reconnaissance Orbiter has imaged the internal stratigraphy of the north polar layered deposits of Mars. Radar reflections within the deposits reveal a laterally continuous deposition of layers, which typically consist of four packets of finely spaced reflectors separated by homogeneous interpacket regions of nearly pure ice. The packet/interpacket structure can be explained by approximately million-year periodicities in Mars' obliquity or orbital eccentricity. The observed approximately 100-meter maximum deflection of the underlying substrate in response to the ice load implies that the present-day thickness of an equilibrium elastic lithosphere is greater than 300 kilometers. Alternatively, the response to the load may be in a transient state controlled by mantle viscosity. Both scenarios probably require that Mars has a subchondritic abundance of heat-producing elements.

Shallow Radar soundings from the Mars Reconnaissance Orbiter reveal a buried deposit of carbon dioxide (CO(2)) ice within the south polar layered deposits of Mars with a volume of 9500 to 12,500 cubic kilometers, about 30 times that previously estimated for the south pole residual cap. The deposit occurs within a stratigraphic unit that is uniquely marked by collapse features and other evidence of interior CO(2) volatile release. If released into the atmosphere at times of high obliquity, the CO(2) reservoir would increase the atmospheric mass by up to 80%, leading to more frequent and intense dust storms and to more regions where liquid water could persist without boiling.