לאחר שהוכח כי ניתן לשלוח לוויינים שיקיפו את כדור הארץ הסבו האמריקנים והרוסים את מאמציהם לחקר כוכבי הלכת הפנימיים האחרים במערכת השמש, חלליות מדגם מרינר ערכו סיורי היכרות בכל שלושת הגופים: נגה, כוכב חמה וכדור הארץ
מרינר 1
חללית המחקר הראשונה בסדרת חלליות המרינר שוגרה ב־22 ביולי 1962 לעבר כוכב הלכת נוגה. המטרה הייתה להגיע לנוגה בתוך 139 ימים כשהיא עוברת דרך של 350 מיליון ק”מ. המשגר היה אטלס אג’ינה B, משקל החללית 202 ק”ג והכוונה הייתה למדוד את האטמוספירה, העננים, השדה המגנטי ועוד של נוגה. 290 שניות לאחר השיגור הושמדו המשגר והחללית מטעמי ביטחון. תקלה במנגנון ההנחיה הביאה לסטיית המשגר ממסלולו בשנייה ה־212 לשיגור. מהנדסי החלל חיכו מספר שניות מתוך תקווה שהמשגר יתקן את נתיבו אוטומטית. משנכשלו כל המאמצים המשגר פוצץ. החללית דומה לחלליות הריינג’ר. אורכה 3.04 מטר ורוחבה 1.52 מטר. מרכז צינורי מחובר לבסיס הקסגונלי. לבסיס מחוברים שני מדפי שמש ואנטנה דמוית צלחת.
מרינר 2
מרינר 2 שוגרה ב־27 באוגוסט 1962 וב־14 בדצמבר הגיעה לנוגה. מרחק המעבר של החללית ממנו היה 34,835 ק”מ. משקלה 202 ק”ג כולל 18 ק”ג של משקל המכשירים. מכשירי החללית סקרו את נוגה שלוש פעמים. החללית שוגרה על־ידי המשגר אטלס אג’ינה B. במבנה שלה היא זהה למרינר 1.
מהנתונים שהעבירה החללית התברר שעל פני הנוגה שוררת טמפרטורה של 483 מעלות, גבוהה ממה שציפו. מעטה העננים שעוביו 22.5 ק”מ נע בגובה 67.5 – 90 ק”מ מעל פני הקרקע. בבסיסו של מעטה העננים שוררת טמפרטורה של 104 מעלות. במרכזו 34 מעלות מתחת לאפס ובחלקו העליון 28 מעלות מתחת לאפס. אין הבדלי טמפרטורה ניכרים על פני הכוכב, כך שהאטמוספירה מעבירה באורח מחזורי כמויות גדולות של חום מצִדו היומי לצד החשוך וגורמת בעקבות זאת להיווצרותן של רוחות לוהטות החורכות את פני הכוכב. לא התגלו שום פתחים במעטה העננים סמוך לקצה הדרומי, בסוף טיסת המעבר. באזור זה הטמפרטורה נמוכה ב־10 מעלות מסביבתו. באטמוספירה אין אדי מים. לנוגה אין שדה מגנטי חזק ורצועות קרינה והוא סובב סביב צירו אחת ל־243 יום ארציים.
מכשירי החללית חשפו פרטים חשובים:
1. רוחות השמש המורכבות מגזים מיוננים פורצות תדיר מפניה הגועשות של השמש.
2. מידת הצפיפות, המהירות והטמפרטורה של רוח כזו תלויים בשינויים בפעולות השמש, במיוחד בזמן התהוותן של שלהבות שמש.
3. רוחות השמש יוצרת שדות מגנטיים בין כוכבים, המשבשים את השדה המגנטי של כדור הארץ.
4. שדות מגנטיים חלשים (יחסית לזה של כדור הארץ) מצויים כמעט תמיד במרחב הבין־ כוכבי.
5. כמות הקרינה הקוסמית בחלל בין כדור הארץ ונוגה ועוצמתה אחידה.
6. ניתן לקיים תשדורות רדיו מהימנות בין כדור הארץ לחלליות במרחב הבין־כוכבי.
7.המיקרו מטאורידים אינם כה רבים במרחב הבין־כוכבי, כפי שקיים מסביב לכדור הארץ.
מרינר 5
ב־14 ביולי 1967 שוגרה מרינר 5 לעבר נוגה וב־19 באוקטובר היא הגיעה אליו. משקל החללית 245 ק”ג והיא שוגרה על־ידי המשגר אטלס אג’נה D. במקורה חללית זו אמורה הייתה להחליף את מרינר 4. החללית אמורה הייתה לטוס לעבר השמש ולעבר המאדים והיעד שלה שונה. המטרה החדשה הייתה נוגה. מרינר 5 עשתה דרך של 349 ק”מ. לאחר המעבר ליד נוגה היא נכנסה למסלול סביב השמש. מדפי השמש הוחלפו במדפים קטנים יותר. החללית כוסתה במגן חום ומכשיריה היו משוכללים יותר מאלה של החלליות הקודמות.
מרינר 5 מדדה את נוגה תוך כדי מעבר של 4,000 ק”מ ממנו. המדידות היו עקיפות. מדדו את הצורה שבה השפיעה האטמוספירה של נוגה על גלי רדיו שאורכם 10 ס”מ ששודרו דרכה. כאשר החללית התקרבה לנוגה כוח המשיכה שלו השפיע עליה והסיט אותה מדרכה, כך שהיא חלפה מאחוריו. אותות הרדיו של החללית היו צריכים לעבור דרך שכבות צפופות יותר ויותר של האטמוספירה ולבסוף נעלמו כליל. מדידות נוספות נערכו כאשר החללית שבה והופיעה מצִדו השני של כוכב הלכת. תוצאותיהן של המדידות העקיפות אינן זהות לחלוטין למדידות הישירות שעשתה החללית הרוסית ונרה 4. סיבת הפערים אלה אינה ברורה.
החללית גילתה פעילות מגנטית מסוימת בקרבתו של נוגה שעוצמתו היא בין 0 ל־1/300 מזה של כדור הארץ. הלחץ האטמוספרי גדול פי 4 או 5 מזה שמדדה ונרה 4. טמפרטורת הקרקע 267 מעלות. בשכבות העליונות של האטמוספירה התגלתה יונוספירה מיוננת. לאחר שסיימה החללית את המעבר ליד נוגה היא המשיכה לשדר תוצאות של מדידות שנעשו בחלל עד למרחק של 87 מיליון ק”מ מהשמש.
מרינר 10
כאמור מרינר 10 בטיסתה למרקורי חלפה ליד נוגה כדי לנצל את כוח המשיכה שלו להאצת מהירותה. במהלכו של מעבר זה היא מדדה את נוגה ואלה תוצאות המדידות:
1. צילומים באולטרה סגול הראו שהעננים מקיפים את הכוכב בצורה של טבעות־טבעות בצורה סימטרית, בגוונים שונים ומקבילים לקו המשווה של הכוכב ודומים לטבעות העננים של צדק. הועלתה סברה כי הימצאות הטבעות מעידה על קיומה של מערכת ספירלית של כוחות מקו המשווה לקטבים בתוך האטמוספירה. העננים נראים כשטחים כהים ובהירים לסירוגין. ההערכה הייתה שיש להם קשר לעננים הסובבים את נוגה אחת ל־4-5 ימים.
2. לנוגה עננים כבדים ובהירים.
3. המעטה הסמיך של העננים נע במהירות גבוהה פי 60 ממהירותו הצירית של נוגה.
4. הקטבים של הכוכב מוקפים בטבעות בהירות שמרביתן צבעוניות.
5. באזור קו המשווה, במעטה העננים נפתח פתח גדול בצורת עין. פתח זה נוצר כנראה בגלל השפעת חום השמש הנע סביב נוגה.
6. במשטח העננים המקיפים את נוגה אין הבדלי טמפרטורות בין קו המשווה לקטבים. ייתכן שהחום מועבר מקו המשווה לקטבים ושהכתמים האולטרה סגוליים מראים את תנועתו של חום זה.
7. המימן הנמצא על הכוכב מקורו יותר מהשמש מאשר מנוגה עצמו. ייתכן שכל המימן שהיה בעבר על נוגה ברח לחלל, וכי מעולם לא היו על כוכב הלכת אוקיינוסים.
8. הבחינו כי לנוגה יש הליום, חמצן ופחמן . ייתכן שבעבר היו גם ארגון וניאון.
9. התגלה אובך דק המצוי בגובה 25 ק”מ מעל העננים.
הועלתה השערה שלנוגה יש שלוש שכבות של עננים. השכבה העליונה מצויה בגובה 60 ק”מ מעל פני השטח. אותות הרדיו של מרינר 10 חדרו עד לגובה של 45 ק”מ מהקרקע. אופן התפשטותם של גלי הרדיו במעטה העננים מאפשר הבנה טובה יותר של שכבת עננים זו.
מרינר 10 שידרה 3,500 תצלומים באיכות גבוהה. החללית בחנה את פעולת הגומלין בין רוח השמש לבין נוגה וגילתה שובל ארוך של חלקיקים טעונים מאחורי הכוכב בכיוון הנגדי לשמש. משום שלנוגה אין שדה מגנטי מכשירי החללית יכלו להבחין בשובל. כיוון שהאטמוספירה היא דחוסה, רוח השמש פועלת ישירות עליה ויוצרת יונוספירה, והיא מצִדה יוצרת קשת הלם.
