地球的气候变化是一个已确立的现象，但科学家们长期以来一直在努力解释一个更为剧烈的变化，那是在遥远的过去，在遥远的土地上。
如今的火星是一个干旱、寒冷的世界，平均地表温度约为 -60 摄氏度。液态水似乎只在狭窄的条件下才可能存在，而且大多数情况下，水直接从固态冰升华为气态水蒸气。然而，火星表面的地貌却讲述着一个截然不同的故事。壮观的河流通道和峡谷表明，曾经有大量的水从南部高地流向北部平原。
显然，火星必定更温暖，才能让如此多的液态水在其表面存在。但这样截然不同的条件是如何形成的？数十亿年前的这颗行星究竟有何不同？
多年来，人们提出了几种可能性。也许来自火山喷发的浓密二氧化碳或二氧化硫云层捕获了足够的大气热量？或许变化的轨道周期融化了冰，导致了大规模的、侵蚀地貌的洪水？大气中的氢气或氨气能起到作用吗？不，不，也不，根据多年的多项科学研究：所有这些设想都有不合格的缺陷。
但一项新提议可能已经解决了这个谜团，它依赖于一种被称为碰撞诱导吸收的物理学小把戏。大气气体通过在特定波长吸收来自太阳的入射辐射和来自行星表面的出射辐射来捕获热量；被激活的分子会振动得更快，并重新辐射一部分能量，将热量传递到整个大气层。虽然单个气体分子占了这种“温室效应”的大部分——二氧化碳和甲烷等关键角色众所周知——但相互作用的气体分子贡献了额外的吸收维度，而这一点却经常被忽视。
这项由哈佛大学环境科学与工程助理教授罗宾·沃兹沃思（Robin Wordsworth）领导的最新研究，着眼于当两对分子碰撞时发生的吸热现象：CO2 与 H2，以及 CO2 与 CH4。他和他的同事们发现，CO2 是关键的参与者——它的氧原子从碳原子那里吸走了电子，而这个分布的电子密度场创造了更宽泛的吸收状态，增强了碰撞分子的吸热特性。
火星大气中含量丰富的 CO2 在大约 700 cm-1 的波数下最有效地吸收能量；CO2–H2 和 CO2–CH4 对则填补了一个明显的空白，在 250-500 cm-1 之间相对有效地吸收能量。
有了基础物理学原理，沃兹沃思能够调整古火星大气成分的模型，以确定需要什么条件才能使温度高于水的冰点并允许河流流动。假设存在一个厚度为 1.5 bar 的二氧化碳大气，只需要各含有 3.5% 的 CH4 和 H2 即可实现。
这似乎并不是一个苛刻的要求，但如今火星上的 CH4 和 H2 浓度微乎其微，那么这些关键成分可能来自哪里呢？研究人员提出，可能是火山喷发或陨石的输入，以及水与火山岩之间的反应，而已知这些反应在地球上可以产生这两种分子。
将大气分子视为一个动态的混合体，而不是独立的个体，其相互作用可以极大地改变行星的热历史，这是一个重要的概念转变，可以极大地扩展我们在地球以外寻找生命的研究范围。
