但到了1971年，情况发生了戏剧性的反转。NASA的水手9号成功进入了环绕火星飞行的轨道，并拍了很多关于火星地表的清晰照片。其中一张照片展示了一个相当独特的地貌，看起来像一个被水冲刷而成、但现在已经干涸的河谷。这个后来被称为斯卡曼德洛斯河谷（下图），就是火星上曾经存在液态水的第一个间接证据。
至于直接证据，则要一直等到21世纪。 2001年，NASA发射了火星奥德赛号探测器，对火星的地表进行了地毯式的搜索。正是这次搜索，在火星的北极地区发现了大量的冰。这样一来，火星上有固态水就成了板上钉钉的事实。
而在2003年，美国启动了火星漫步者计划。这个计划把两辆著名的火星车，勇气号和机遇号，送上了火星。通过对着陆地点的地下土壤进行分析，这两辆火星车发现了一个惊人的事实：火星上曾经存在过一个湖泊和一个海洋。这个发现被《科学》杂志评为了2004年的十大科学突破。
现在人们已经达成共识，火星上曾经有大量的水，甚至像地球一样拥有过海洋。上图就是NASA基于火星地质资料所重构的火星在40亿年前的样子。
现在问题来了。既然火星上曾经拥有过海洋，那麽现在为甚麽会变成了一个宛如月球的不毛之地？
我们首先想知道的是，火星上的液态水是怎么消失的？答案是，有一部分凝固成了冰，另一部分则蒸发成了水蒸气。地球大气层是阻止水蒸气逃逸的关键所在。由于火星大气层极其稀薄（大气压只有地球的1%），这些水蒸气能畅通无阻地逃逸到太空中。久而久之，火星表面的水就蒸发殆尽了。
我们要继续追问了，为甚麽火星大气层会如此稀薄？答案是，全被太阳风吹跑了。太阳日冕物质抛射会产生太阳风，这些高能带电粒子进入火星大气层后，会把自身的能量传递给火星的大气分子，从而使它们得以挣脱火星引力的束缚而逃逸到太空中。NASA于2014年发射的马文号探测器发现，太阳风目前仍在以100克．秒-1的速度剥离火星大气。经过几十亿年的日积月累，火星大气层自然就消失殆尽了。