火星温差可以达到100℃左右。火星的大气层稀薄干燥，保温性能较差，导致昼夜温差很大，以赤道附近为例，火星夏季白天的温度可高达35℃，到了夜间可能会降到零下73℃左右。
相较于地球，火星离太阳更远，它的轨道半径约为1.5天文单位，辐射到火星的太阳功率要比地球更低大约43%。除此之外，火星的大气层较为稀薄，大约只有地球大气的百分之一，即使其二氧化碳的比例高达95%，也无法有效的将热量保留。
火星自转轴的倾斜角度与地球自转轴倾斜角度十分接近，所以其拥有类似地球的季节，不过由于距离太阳更远，火星上每个季节的长度是地球的两倍之多。整个火星的表面平均温度为零下60℃，在两极的冬季，温度可低至零下143℃。
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