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Las contribuciones de Sagan fueron vitales para el descubrimiento de las altas temperaturas superficiales del planeta Venus. A comienzos de la década de 1960 nadie sabía a ciencia cierta cuáles eran las condiciones básicas de la superficie de dicho planeta, y Sagan enumeró las posibilidades en un informe que posteriormente fue divulgado en un libro de Time-Life titulado Planetas. En su opinión, Venus era un planeta seco y muy caliente, oponiéndose al paraíso templado que otros imaginaban. Había investigado las emisiones de radio procedentes de Venus y llegado a la conclusión de que la temperatura superficial de este debía de ser de unos 380 °C. Como científico visitante del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, participó en las primeras misiones del Programa Mariner a Venus, trabajando en el diseño y gestión del proyecto. En 1962, la sonda Mariner 2 confirmó sus conclusiones sobre las condiciones superficiales del planeta.