D

$A$、探测火星电磁场属于物理学研究范畴，与化学无关，不符合题意；
$B$、探查火星地貌和地质构造，属于地理学研究范畴，与化学无关，不符合题意；
$C$、调查火星地表气候属于地理学研究范畴，与化学无关，不符合题意；
$D$、化学是在分子、原子层次上研究物质的组成、结构、性质及变化规律的学科，分析火星表面的物质组成属于化学研究范畴，与化学有关，符合题意。
故选：$D$。