Napríklad teplota na rovníku sa menila zo 16 stupňov Celzia na popoludnie na -73 stupňov v noci, pričom teplota južnej polárnej čiapočky klesala až na -125 stupňov Celzia, čo nasvedčovalo, že sa skladá skôr zo zamrznutého oxidu uhličitého než z vodného ľadu. Pri celkovom pohľade bol Mars pustý. Uvedená dvojica sond Mariner však mala možnosť preskúmať iba 1/10 povrchu planéty. Vedci žiadali vyslať družicu, podobnú lunárnemu programu Lunar Orbiter, ktorá by detailne snímkovala povrch niekoľko týždňov či skôr mesiacov. Takú úlohu splnila sonda Mariner 9.

Mariner 8 a 9 [p]Sondy Mariner 8 a 9 sa podobali svojim predchodkyniam. Niesli však nový motor pre navedenie na obežnú dráhu okolo Marsu a zodpovedajúce zásoby pohonných látok, čím sa zvýšila ich štartová hmotnosť z 413 kg na 995 kg. Raketa Atlas Centaur takýto náklad zvládla, navyše vzájomná poloha Zeme a Marsu bola v pätnásťročnom cykle práve v roku 1971 pre medziplanetárne cesty energeticky najvýhodnejšia. Diaľkovo ovládaná aparatúra sa prakticky zhodovala s predchádzajúcimi sondami, iba snímkovací systém bol kvalitnejší. Tvorili ho dve televízne kamery s rozlišovacou schopnosťou 700 riadkov so širokouhlým i úzkouhlým objektívom.
Prvý z tejto dvojice Marinerov však neuspel. Zlyhal totiž autopilot nosnej rakety Atlas Centaur a 8. Mája 1971 museli krátko po štarte raketu zničiť. Sonda sa zrútila do vĺn Atlantického oceánu. Nasledujúci Mariner 9 vypustili 30. mája 1971, na obežnú dráhu okolo Marsu (1697 až 17 916 km)ju brzdiaci motor naviedol 14. Novembra 1971. Spočiatku snímkovanie hatila rozsiahla prachová búrka, ktorá zakryla celý povrch, ale nakoniec sa podarilo získať 7329 snímok prakticky celej planéty, čo položilo i základy pre neskoršie misie spojené s pristátím priamo na povrchu Marsu (získali sa i snímky mesiačikov Phobos a Deimos - astronómovia konštatovali, že vyzerajú ako neforemné kamenné hrudy). K Marsu dorazila sonda o 13 dní skôr než sovietska sonda Mars 2, ktorú tvorila družicová časť a pristávací modul.
Mariner 9 začal systematicky mapovať povrch Marsu v januári 1972 a vzápätí sa ukázalo, že predchádzajúce prieskumné výpravy vytvorili trochu nesprávny obraz tejto planéty. Ukázalo sa, že štyri temné škvrny, ktoré bolo vidno cez oblaky zvíreného prachu, sú v skutočnosti obrovské sopky, z ktorých najvyššia sa týči až do výšky 25 km nad úpätím a priemer zhruba kruhovej základne tejto hory je asi 500 km. Sopka dostala názov Hora Olymp (Olympus Mons). Svojimi rozmermi prekonáva všetky útvary, ktoré poznáme z našej Zeme.