在探索宇宙宜居星球的征程中，天体物理学家们展开了一项大胆且富有想象力的研究——假设太阳系内的金星与火星发生轨道互换，探究它们是否有可能成为宜居星球。这一研究基于行星大气与轨道动力学模型，核心依据是恒星辐射梯度理论。
恒星辐射梯度理论主要适用于恒星系内的岩质行星。按照设想，金星移至日距2.28亿公里处，火星移至日距1.08亿公里处。通过模拟不同日距下行星接收的太阳辐射量，并结合行星自身的大气组成、磁场强度等参数，就能判断其是否能形成液态水存在的温度范围与稳定环境，进而评估轨道互换后的宜居性。不过，若涉及气态行星的轨道迁移，还需叠加引力扰动的影响分析。
行星与太阳的距离和其表面温度密切相关。距离越近，接收的辐射能量越强，表面温度越高；距离越远，辐射能量越弱，表面温度越低。通过行星的轨道半径，可大致推测其表面理论温度范围。目前常用的行星宜居性评估模型是美国天文学家提出的多行星系统宜居带（CHZ）模型。根据该模型，太阳系的宜居带范围大致在日距0.95亿公里至1.77亿公里之间，此范围内的行星接收的太阳辐射能让表面温度维持在0 - 100℃的液态水存在区间。轨道互换后，火星会进入宜居带核心区，金星则会脱离原有过热轨道进入宜居带边缘。通过分析轨道互换模型，不仅能了解行星的理论宜居潜力，还能知晓其环境改造难度。
行星的宜居性演化与原始大气成分紧密相关。原始大气中含有适量二氧化碳、甲烷等温室气体的行星，在轨道调整后更易形成稳定气候；而原始大气过于稀薄或浓密的行星，即便进入宜居带也难以维持宜居环境。行星大气的演化是辐射平衡与地质循环协同作用的结果。火星原始大气稀薄，仅为地球的0.6%，且缺乏全球性磁场保护，大气粒子易被太阳风剥离；金星原始大气浓密，为地球的92倍，主要成分是二氧化碳，强烈的温室效应使其原始表面温度高达462℃。
轨道互换后，金星和火星的环境改造难度差异明显。进入金星原轨道的火星，虽能接收充足辐射提升表面温度，但稀薄大气难以形成有效温室效应，温度提升幅度有限；进入火星原轨道的金星，接收的太阳辐射减少约40%，强烈的温室效应会逐渐缓解，表面温度有望回落至宜居区间。通过分析轨道互换模型，可确定两颗行星的宜居性演化方向。
虽然行星轨道互换在太阳系内不可能自然发生，但可通过大气演化模拟程序和轨道动力学公式，得出理论性的环境变化结果。其中，恒星辐射能量换算方法常用于计算不同日距下行星接收的太阳辐射强度，以太阳常数（1361瓦/平方米）为基准参数。由于太阳向宇宙空间均匀辐射能量，行星接收的辐射强度与日距的平方成反比，通过公式S = S₀×(r₀/r)²（其中S为行星接收辐射强度，S₀为地球轨道太阳常数，r₀为地球日距，r为目标行星日距），可计算出轨道互换后金星与火星的表面理论温度，判断是否满足液态水存在条件。
大气温室效应模拟模型是分析行星轨道迁移后温度调节能力的核心工具。它通过量化行星大气中温室气体的含量，结合辐射传输方程，计算温室效应带来的温度提升幅度。模拟结果与行星的地质活动强度相关，火山喷发会补充大气中的温室气体，板块运动会调节大气中二氧化碳的循环。通过该模型可知，轨道互换后的金星，其浓密大气中的二氧化碳会因辐射减少而逐渐参与地质循环，温室效应逐步减弱；火星则因大气稀薄，即使进入宜居带，温室效应也难以支撑稳定的液态水环境。
上个世纪60年代，美国行星物理学家尤金·舒梅克在研究火星大气流失时发现，缺乏全球性磁场的行星，其大气粒子易被太阳风的带电粒子轰击剥离。磁场保护效应是指行星磁场能形成磁层，阻挡太阳风中的高能带电粒子，避免大气粒子获得足够能量脱离行星引力束缚；没有磁场保护的行星，大气会在漫长时间里持续流失，最终变得极度稀薄。尤金·舒梅克得出结论：行星的磁场强度是维持大气稳定性的关键因素之一，且行星的地质活动强度与磁场存在正相关关系。这意味着，只要测出行星的磁场强度和地质活动频率，再结合轨道互换后的辐射环境，就能知道该行星能否长期保留足以支撑宜居性的大气。
