Dù cả 4 đều là hành tinh dạng đá (rocky/terrestrial planet) nằm ở gần tâm Hệ Mặt Trời, nhưng thành phần vật chất trên sao Hỏa lại có vài khác biệt so với 3 hành tinh còn lại.
Theo quan điểm hiện đại về sự hình thành các hành tinh trong Hệ Mặt Trời, tại giai đoạn lúc Mặt Trời vẫn ở trạng thái tiền sao (chưa có phản ứng nhiệt hạch), những đám mây bụi khí (nebula) đã xoay quanh Mặt Trời và đã có sự chia tách về thành phần vật chất giữa các đám mây ở "gần" và "xa" tâm của hệ.
Điều này dẫn tới việc các hành tinh ở gần nhau, sau khi thành hình, sẽ có sự tương tự về thành phần vật chất làm nên chúng.
Cấu tạo của hành tinh Đỏ khác nhiều hành tinh Xanh.
Nhưng riêng với Hỏa tinh, lại có sự khác biệt. Kết quả phân tích các mẫu đá sao Hỏa do các robot tự hành gửi về cho thấy, thành phần vật chất của hành tinh này khác nhiều so với Trái Đất.
Ví dụ, hàm lượng sắt ở lớp vỏ bề mặt hành tinh này nhiều gấp đôi Trái Đất. Nó cũng chứa nhiều lưu huỳnh (S), potassium (K, Kali), phốt pho (P) và chlorine (Cl) hơn vỏ hành tinh chúng ta.
Đặc điểm lạ lùng này của sao Hoả khiến nhiều nhà văn thiên văn đặt ra câu hỏi tại sao?
Có nhiều giả thuyết được đặt ra. Trong số đó có ý tưởng cho rằng nơi sao Hỏa "sinh ra" cách đây khoảng 4,56 tỷ năm có lẽ nằm ở xa tâm Mặt Trời hơn so với vị trí hiện tại. Nói cách khác, hành tinh Đỏ đã "di cư" vào trong Hệ Mặt Trời để chúng ta thấy nó như ngày nay.
Kevin Walsh, nhà khoa học hành tinh tại Học viện Nghiên cứu Tây Nam ở hạt Boulder, bang Colorado (Mỹ), cho biết: "Chúng tôi chỉ bắt đầu cảm thấy 'ổn' với ý tưởng cho rằng các hành tinh đã thay đổi quỹ đạo của mình, khả năng là rất nhiều lần. Các hành tinh có thể đã không được sinh ra ở nơi mà chúng ta hiện đang thấy".
Nhưng ý tưởng này chỉ mới tồn tại trên lý thuyết. Chỉ mãi gần đây, nó mới được chứng minh qua mô hình giả lập hành tinh của các nhà khoa học khác. Stephen Mojzsis, nhà địa chất học ở ĐH Colorado Boulder (Mỹ), trong kết quả nghiên cứu độc lập nhận thấy, sao Hỏa có thể đã ra đời ở vị trí xa gấp đôi Mặt Trời so với hiện tại.
Giả thuyết cho rằng sao Hoả ban đầu được ra đời trong vành đai các tiểu hành tinh, nhưng đã bị sao Mộc "lôi" vào bên trong qua lực hấp dẫn, khiến kích thước của nó chỉ lớn hơn sao Thủy.
Mojzsis hợp tác với nhà khoa học hành tinh Ramon Brasser, thuộc Học viện Công nghệ Tokyo (Nhật), cùng một số đồng nghiệp khác để chạy mô hình giả lập hành tinh Grand Tack. Đây là mô hình mô phỏng lại quá trình thay đổi quỹ đạo của sao Mộc (hành tinh lớn nhất Hệ Mặt Trời) và theo dõi sự ảnh hưởng của nó lên các hành tinh khác, bao gồm cả sao Thổ lẫn sao Hỏa.
Trong đa số các tình huống giả lập, để ra được mô hình sao Hỏa có kích thước và vị trí như hôm nay, nó phải hình thành ở quỹ đạo hẹp hơn cả quỹ đạo của Trái Đất, và từ từ lệch ra ngoài do tác dụng của lực ly tâm. Tuy vậy các tình huống giả lập này không giải thích được sự khác biệt về cấu tạo vật chất mà chúng ta đã nêu trên.
Ngược lại, dù "rủi ro" chỉ có 2%, nhưng tình huống giả lập sao Hỏa ra đời ở vị trí xa gấp đôi hiện tại lại giải thích được khác biệt trên.
Cụ thể, vị trí đó nằm trong vành đai các tiểu hành tinh (asteroid belt) vốn khá gần với sao Mộc. Trong quá trình bay gần vào Mặt Trời, lực hấp dẫn của sao Mộc đã "kéo" theo sao Hỏa đi vào bên trong. Việc bị "lôi đi" này khiến cho sao Hỏa không thu nhặt được nhiều vật chất để nó có thể to bằng sao Kim hay Trái Đất.
Trên thực tế, khối lượng sao Hỏa chỉ bằng 1/9 Trái Đất và chỉ nặng hơn sao Thủy một chút. Nếu vụ "lôi kéo" trên không diễn ra, rất có thể sao Hỏa đã có kích thước to bằng Trái Đất hoặc sao Kim hiện nay.
Quay lại với tình huống giả lập, nếu sao Hỏa được hình thành ở nơi xa như vậy, nó sẽ nhận được ít nhiệt lượng hơn tình trạng hiện nay. Có nghĩa nó đã không đủ ấm để có thể hình thành nên một lớp khí quyển bề mặt, hoặc duy trì nước ở dạng lỏng, Mojzsis lập luận. Mặc dù các vụ va chạm với thiên thạch có thể phần nào làm tan chảy các khối băng.
Nhưng nhìn chung, nhiệt lượng ở bề mặt sao Hỏa đã không duy trì được lâu để mầm sống có thể khởi đầu như ở trên Trái Đất.
Nếu không bị "lôi đi", sao Hỏa có thể đã không bé nhỏ như ngày nay.
Dù vậy, đây chỉ mới là mô hình giả lập trên máy tính. Trên thực tế, các nhà khoa học sẽ cần thêm nhiều dữ kiện khác để bổ sung vào chỗ trống.
Lấy ví dụ, chúng ta chưa rõ thật sự thành phần hoá học của sao Kim và sao Thủy có tương đồng với Trái Đất hay không. Sự tương đồng này chỉ mới diễn ra trên lý thuyết hình thành hành tinh. Và như đã nêu, thuyết này đã không giải thích được tại sao sao Hỏavà Trái Đất có sự khác biệt về cấu tạo hóa học. Có nghĩa chúng ta vẫn còn rất nhiều điều chưa rõ về bản chất của các hành tinh.
Nhưng chính vì những điều chưa được giải đáp đó chính là động lực cho khoa học phát triển - cần có thêm nhiều dự án nghiên cứu không gian khác như đưa robot lên sao Kim hay sao Thủy để giải đáp các vấn đề.