美国宇航局戈达德太空研究所(NASA Goddard Institute For Space Studies)的气候学家克里斯·科罗斯(Chris Colose)说，“当我提出这个话题时，我想知道，如果火星和金星形成在相反的位置，是否会存在两个有生命居住的行星(地球和金星)。在火星的轨道上可以避开失控的温室，金星大小的行星也不会像火星那样容易地剥离大气层。”
如果你改变火星和金星的轨道会发生什么？我们的太阳系会有更适合居住的星球吗？
这是在8月底在休斯敦举行的“类地行星比较气候学III”上提出的一个问题。汇集了来自包括天文学家、气候科学、地球物理学和生物学在内的学科的科学家，以构建一幅关于太阳系及更远地区岩石星球上环境影响的图画。
有关金星和火星的问题是作为一个“思想实验”提出来的。地球的轨道夹在金星和火星之间，金星的轨道更靠近太阳，而火星的轨道则离太阳更远。虽然我们的邻居都是动荡的世界，但都不是度假胜地地的首选。
火星的质量只有地球的十分之一，稀薄的大气层正在被太阳风（从太阳流出的高能粒子流）吹散。如果没有大量的气体来捕获热量，火星表面的平均温度为-80°F(-60°C)。值得注意的是，火星运行在传统的宜居带的边界内(类似地球的行星可以维持地表水)，但这颗微小的行星不能像地球在同一位置那样调节其温度。
与火星不同，金星的质量与地球几乎相同。然而，这颗行星被主要由二氧化碳组成的厚厚的大气层所包裹。这些气体的吸热能力将表面温度提高到860°F(460°C)以上。
但是，如果我们可以改变这些行星的轨道，让火星走上一条温暖的轨道，金星走上一条更冷的轨道呢？我们会发现地球不再是太阳系中唯一的可居住的世界吗？
科罗斯说：“按照地球的标准，金星轨道上的现代火星相当温暖。将当前的火星拖入金星轨道会增加阳光照射到这颗红色星球上的量。由于稀薄的大气对地表温度影响不大，平均温度应上升到大约90°F(32°C)，类似于地球的热带地区。然而，火星稀薄的大气层仍然是一个问题。”
科罗斯指出，如果没有更厚的大气或海洋，热量将无法有效地在火星周围传输。这将导致极端的季节和白天夜晚之间的温度梯度。火星稀薄的大气产生的表面气压只有6毫巴，而地球则为1巴。在如此低的压力下，水的沸点骤然下降，使所有纯表面水冻结或汽化。
火星确实有由冰冻的二氧化碳组成的冰盖，更多的温室气体沉入到土壤中。在讨论中，这个小世界出现了一丝希望，暗示在金星轨道较高的温度下释放出来，为火星提供了更厚的大气层。
然而，最近的研究表明，在火星上没有足够的被捕获的二氧化碳来提供足够的大气。在“自然天文学”上发表的一篇文章中，科罗拉多大学的布鲁斯·雅各斯基和北亚利桑那大学的克里斯托弗·爱德华兹估计，融化冰盖最多能提供15毫巴的大气。
困在火星岩石中的二氧化碳将需要超过300摄氏度的温度才能释放出来，即使在金星轨道上，这一数值对火星来说也太高了。15毫巴是火星上目前大气压力的两倍，超过了所谓的水的“三态点”，即允许液态水存在。然而，雅各斯基和爱德华兹指出，在干燥的火星空气中，蒸发会很快。然后，我们遇到了另一个问题：火星不擅长控制大气层。
环绕火星运行的是美国宇航局的火星大气和挥发性演化任务(MAVEN)。来自MAVEN的数据显示，火星的大气层已经被太阳风吹走了。在金星的轨道上，这个问题会更加严重。在金星目前的位置上，由于太阳风动力压力的增加，大气损失会更快。
这个“动态压力”是太阳风粒子的密度和它们的速度的组合。火星和金星之间的速度变化不大，但金星与太阳的距离更近，使密度增加了近4.5倍。这意味着火星上的大气层会比目前的位置更快地消失。
科罗斯认为，变化轨道的火星只是一块温度更高的岩石。
虽然火星在金星的位置似乎并没有好到哪里去，但是如果金星被拖向火星当前的轨道，会怎样呢？位于宜居带，这个地球大小的行星会冷却成为第二个可居住的世界吗？
令人惊讶的是，冷却金星可能不像减少阳光那么简单。金星有一个非常高的反照率，这意味着这颗行星大约反射了它接收到的辐射的75%。行星表面令人窒息的温度并不是由于高强度的阳光，而是由于大气层的厚度。因此，如果金星在火星较冷的位置运行，行星上的情况可能不会立即受到影响。
“金星的大气层处于平衡状态。”科罗拉多大学的凯文·麦克古尔德里克(Kevin McGouldrick)指出。他也是日本破晓号探测金星大气层任务的一名科学家。“这意味着它目前的结构依赖于来自太阳的辐射。如果你改变辐射，那么大气最终会调整，但不太可能很快。“
从长远来看，金星的90巴大气到底会发生什么并不明显。也许行星会慢慢冷却到更温和的环境。另一种情况是，随着高层大气变冷，这颗行星的反照率可能会下降。这将允许金星吸收更大一部分到达新轨道的辐射，并帮助维持令人窒息的表面状况。要真正使这颗行星降温，金星可能不得不被拖出宜居带之外。
东京地球生命科学研究所(ELSI)的拉美西斯·拉米雷斯说：“过了约1.3 Au，二氧化碳将开始凝结成云，也会凝结成冰。”他专门对宜居带的边缘进行建模。(“Au”是一个天文单位，它是从我们的太阳到地球的距离。)
一旦二氧化碳凝结，它就不能再充当温室气体并捕获热量。相反，冰和云通常会反射出地表的热量。这界定了经典可居住区的外缘，此时二氧化碳本应主要以约1.7Au冷凝出大气。其结果应该是金星的迅速降温。然而，这一宜居带的外部界限是为类似地球的大气层计算的。
拉米雷斯说：“与地球相比，金星在大气中还有其他活动，如硫酸云。而且它要干燥得多，所以二氧化碳凝结对于金星来说可能是不同的。”
如果金星不断地向外拖曳，即使是行星上相当可观的热量供应也会耗尽。如果你把金星作为一颗流氓行星抛出太阳系，它最终会冷却下来！
看来，仅仅改变目前金星和火星的轨道不会产生第二个适合居住的世界。但是，如果这两个行星形成在相反的位置呢？火星不太可能有更好的表现，但是金星会不会避免形成融铅的大气层，成为第二个地球？
乍一看，这似乎很有可能。如果地球被推到金星的轨道上，那么水就会开始迅速蒸发。和二氧化碳一样，水蒸气也是一种温室气体，有助于吸收热量。因此，在失控的循环中，地球的温度将持续上升，直到所有的水都蒸发掉。这种“失控的温室效应”可能是金星的历史，解释了它可怕的表面状况。如果这颗行星是在宜居带内形成的，那么这个失控的过程就应该像地球那样被避免。
但小组内部的讨论表明，很难保证一颗行星最终将成为可居住的星球。由此产生的一个例子是行星地壳。金星的地壳是一个连续的盖子，而不是地球上的一系列碎裂的板块。我们的板块允许一种被称为板块构造的过程，即营养物质通过地球表面和地幔循环以帮助维持生命。然而，现在还不清楚为什么地球形成了这样的方式，但金星没有。
有一种理论认为金星地壳愈合的速度很快，阻止了分离板块的形成。然而，德克萨斯大学的马特·韦勒（Matt Weller）的研究表明，板块构造的形成可能主要是运气使然。小的、随机的波动可能会使两个原本相同的行星沿着不同的进化道路前进，其中一个是正在形成的板块构造，另一个则处于停滞状态。如果是这样的话，即使是在完全相同的位置上形成行星，也可能会形成一个无构造的行星。
具有以青色线表示的构造板块边界的旋转球体。金星较温暖的轨道可能缩短了板块构造发展的时间，但是将行星移动到火星的轨道并不能保证有营养物质移动的地壳。
具有以蓝色线表示的构造板块边界的地球
然而，板块构造是否确实是宜居性所必需的，也还不得而知。有人指出，火星和金星都显示出过去火山活动的迹象，这可能足以在适当的条件下形成一个可居住的表面。
当然，移动行星的轨道超出了我们的技术能力。还有其他一些技术可以尝试，比如人为地保护火星大气不受太阳风的影响。
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