- 太阳系是由气体云形成的，气体云形成了原恒星、原行星盘，最终形成了行星。太阳系历史上最伟大的成就是创造和形成了地球，它可能并不像我们曾经认为的那样是宇宙中罕见的。我们的星球会存在很长一段时间，但是就像这个宇宙中的其他事物一样，我们不会永远存在。
自从2006年国际天文学联合会(IAU)正式定义了行星一词，科学界就被一分为二。只有质量足够、绕着太阳而不是其他天体运行，并且能在太阳系的时间尺度运行，才能被归类为行星。
一方面是天文学家，主要是行星天文学家，他们基本上同意IAU的定义，但想把它扩展到更普遍的情况，包括系外行星系统。另一方面是行星科学家和行星地质学家，他们只研究行星的固有特性，他们认为，只要是一个球体，就应该成为一颗行星。但对天体物理学家来说，这两种定义都是不够的。这是为什么？
- 虽然我们现在相信我们已经了解了太阳和太阳系是如何形成的，但这个早期的观点只是一个例证。说到我们今天所看到的，我们所剩下的只有幸存者。早期的生物远比今天存活的生物丰富。
天体物理学家从不同于其他科学家的角度来观察宇宙中的物体。我们感兴趣的不仅仅是我们在外太空发现的物体是什么样子的，它们在哪里，它们的行为是怎样的。相反，我们感兴趣的是它们内在和外在性质背后的物理学。我们的问题如下：
- 这些物体是如何形成的？
- 它们的组成与它们的形成历史有什么关系？
- 是什么过程使它们具有今天所具有的物理和化学性质？
- 在我们整个宇宙历史中，是什么动力驱动着这些物体的进化？
当你开始问这样的问题时，你就会得到非常普遍的描述行星形成的故事。如果你遵循这些经验教训，它们将把你引向大多数天文学家和行星科学家从未设想过的方向。
- 这里显示的所有三个恒星形成星云。这片云在太空中向四面八方延伸了数千光年，最终将产生数万到数十万颗新恒星。
大多数恒星都是在相同的环境下形成的：一个巨大的、塌缩的分子云中，当一个足够大的气体云坍塌时，它会分裂成更小的部分，在那里，密度最大的区域聚集了越来越多的物质。仅在我们的星系中，就有几十个这样的区域是已知的，它们会产生新的恒星，周围有新的太阳系。
这些恒星形成区域，就像在猎户座星云(下图)中发现的区域一样，是宇宙中新恒星和行星形成最多的地方。形成的所有恒星中，约有50%将与我们的太阳系类似，其中一颗中心恒星被原行星盘环绕，而其余恒星将作为多恒星系统的一部分形成。
- 哈勃拍摄的猎户座星云中的30个原行星盘，或称原行星盘。形成一颗周围有岩石行星的恒星相对容易，但要以微妙但重要的方式形成一颗类似地球的恒星，难度要大得多。
在这些新形成的星系中，大部分物质要么落在星系的中心恒星上，要么被吹回星际介质中。然而，在这些原行星盘中，开始通过引力吸引越来越多的物质而增长。
因此，随之而来的是一场伟大的宇宙竞赛：恒星的辐射蒸发并‘吹走’附近的物质。由于引力是一种‘失控’的力，生长最快的密度过大的团块是宇宙的赢家。这些导致了所有行星中最大的行星：宇宙中的气态巨行星和冰态巨行星，它们周围环绕着氢和氦。
- 20个新的原行星盘，由盘子结构在高角分辨率项目(DSHARP)的协作下成像，展示了新形成的行星系统的样子。盘上的间隙可能是新形成的行星的位置，最大的间隙可能对应于最大的原行星。
但是，至少根据我们最好的理解，这需要一些时间。即使有一个或多个中心恒星(或原恒星)，也有一些复杂的因素。首先，原行星盘的元素会发生分离。正如最重、密度最大的元素会下沉到行星的中心(或落到离心机的底部)，最重的元素会优先地分离到中心，而较轻的元素则会越来越多地在更远的地方被发现。随着这些引力扰动的增加，竞争加剧：在试图生长和积累物质的行星之间，以及附近的恒星(s)用它们的高能辐射蒸发这些原行星盘。
- 原行星盘的图解，行星和星子首先形成，当它们形成时在盘上形成“间隙”。一旦中央原恒星变得足够热，它就开始从周围的原植物系统中释放出最轻的元素。像木星或土星这样的行星有足够的引力留住氢和氦等最轻的元素，但像地球这样的质量较低的行星没有足够的引力留住氢和氦等最轻的元素。
这就导致了新形成的恒星周围有几个独立的区域。
- 只有金属、矿物、重金属和化合物才能存在的内部区域。靠近恒星的强烈辐射破坏了有机芳香族碳键。
- “烟灰线”定义了这个内部区域和另一个外部区域之间的屏障。
- 温带地区，在那里这些碳键可以持续存在，但冰——如水冰、甲烷冰和二氧化碳冰——被升华/蒸发/煮沸。
- 这条“霜线”定义了这个温带地区和另一个温带地区之间的屏障。
- 一个更冷的区域，在那里冰可以形成并保持稳定。
这些线的位置将随着时间而改变，因为恒星在其生命周期内将在温度和光度上进化。
- 原行星盘的示意图，显示烟灰和霜线。对于像太阳这样的恒星，估计霜冻线大约是地球-太阳初始距离的三倍，而烟灰线则明显更近。这些线条在我们太阳系过去的确切位置很难确定。
现在，行星和原行星并不是简单地停留在它们最初形成的地方，而是随着时间的推移相互作用，从而为可能发生的事情带来许多有趣的可能性。这些引力相互作用通常会导致行星迁移，这些年轻的行星可以向内或向外移动，这取决于太阳系的动力学:它们不一定会停留在它们形成时的大致位置。此外，这些行星或原行星可以碰撞和合并，这可能是创造现代地球-月球系统的机制。它们也可以引力相互作用，要么将行星抛向太阳，要么将它们从太阳系中完全抛出。
- 在太阳系早期，有超过四颗巨型行星的种子是非常合理的。模拟表明，它们有能力向内和向外迁移，也有能力将这些天体喷射出去，只有四颗气态巨星存活了下来。
与此同时，在冰霜线之外，可以形成最大质量的行星。离母恒星的高温和辐射足够远的地方，所有类型的原子和分子都可以成长为它们自己的微型太阳系。这颗中心行星将聚集大部分的质量和物质，足以让它们拥有像岩石行星一样的核心和地幔，但被一个巨大的气体包裹着。
与此同时，围绕它们的物质形成了一个环绕行星的圆盘，它将分裂成光环、卫星和小卫星：我们目前在太阳系中发现的所有四颗气态/冰巨星周围都能看到这种物质。这些引力主导的天体是它们自身恒星系统独特进化历史的产物。
- 随着太阳系的演化，挥发性物质会蒸发，行星会吸积物质，星子会合并在一起，或因引力相互作用而抛出物体，轨道会迁移到稳定的结构中。气态巨行星可能在引力上主导着我们太阳系的动力学，但据我们所知，内部的岩石行星是所有有趣的生物化学发生的地方。在其他太阳系，情况可能大不相同，这取决于不同的行星和卫星最终迁移到哪里。
不过，有时我们会在它们的母星附近发现气态巨行星或冰态巨行星:在冰霜线甚至煤烟线的内部！他们是怎么到那儿的?迁移？引力相互作用？通过驱逐其他行星或原行星？或者甚至从冰霜线外形成，然后冰霜线随着时间向外进化？
我们认为必须在霜冻线之外才能首先形成一个巨大的气体/冰，但是这种迁移是很正常的。这些热木星(或热海王星)一点也不罕见，是用我们目前的技术最容易找到的行星之一。从富含金属的物质(形成行星内核)、类似曼特尔的硅酸盐(可以在整个原太阳系中形成)、冰、气体和其他挥发物(在冰霜线之外更为丰富)的组合中，我们开始看到一幅概貌。
- 来自太阳系霜冻线以外部分的星子来到地球，构成了今天地球地幔的大部分。在海王星之外，这些星子至今仍然作为柯伊伯带(以及更远)的天体存在着，相对于自那时以来的45亿年，它们并没有发生什么变化。
在霜冻线的内部，我们预计会发现由岩石和气体/冰组成的巨大行星。其中一些会在原地形成，另一些会迁移到那个区域。它们可能有卫星，也可能没有。
在霜冻线附近，应该有一个小行星带，假设它们没有被迁移的行星清除掉，它们没有成长为一个完整的行星。这相当于我们太阳系中的小行星带，在大多数太阳系中应该有一个类似的小行星带。
在冰霜线之外，将会有更多的行星:气态巨行星，冰态巨行星，在许多系统中(但不是我们自己的)，还有陆地大小的行星。将继续有行星向外运动，直到达到某个极限。除此之外，还会有与我们在柯伊伯带和奥尔特云中发现的类似的冰体:它们本身就很有趣，但几乎完全由冰和挥发性物质组成，核心相对较小。
- 我们太阳系的对数图，一直延伸到离我们最近的恒星，显示了小行星带、柯伊伯带和奥尔特云的范围。今天我们所知道的这8颗行星，与太阳系中发现的其他岩石或冰体相比，有着完全不同的形成历史。
这是我们期望在任何单线态恒星周围找到的精确描述。多恒星系统的某些成分将被移除：紧密双星应该有一个靠近两颗恒星的重要区域，那里的行星轨道不稳定。宽双星应该有行星形成良好的内部区域，然后是不可能有稳定行星轨道的中间区域，然后是恒星轨道之外的行星(或柯伊伯带/奥尔特云天体)良好的区域。但如果我们只看那些围绕成熟恒星运行的星体，我们还会错过另一种类型的行星:流氓行星。
- 流氓行星可能有各种奇异的起源，比如来自破碎的恒星或其他物质，或者来自太阳系中喷射出来的行星，但大多数应该来自恒星形成星云，因为它们只是引力团块，从未形成恒星大小的物体。这些天体的名称中都有“行星”这个词。
这些行星要么是在其太阳系历史的早期被喷射出来的，要么是由于分子云的坍塌而独立形成的，完全没有母恒星。第一种类型的行星可能是一颗成熟的行星，就像自然界中发现的任何一颗一样，也可能是在它们被抛出之前还没有完全成熟的原始行星。
另一方面，第二颗行星的范围可能从岩石/冰的小世界一直到气态巨星，甚至褐矮星(失败的恒星)，都有自己的伪行星系统。随着我们的望远镜观测能力和我们用这些仪器进行的调查不断增加，我们完全有希望发现所有这些天体的大量种群：围绕恒星，在星际空间，以及整个银河系和宇宙。
- TRAPPIST-1系统与太阳系的行星和木星的卫星相比。虽然这些物体的分类似乎是随意的，但所有这些物体的形成和进化历史，以及它们今天所具有的物理性质之间，都有着明确的联系。
从天体物理学家的角度来看，我们在整个宇宙中发现的物体类型与它们的组成和形成有着千丝万缕的联系，这是对它们进行分类的唯一合理方法。质量超过某一临界值的非恒星物体就像动物:我们能将它们分类的最广泛的类别。
那些在引力竞赛中战胜辐射的天体，不会成为小行星带、柯伊伯带或奥尔特云中失败的行星，更像是一个狭窄的类别，就像哺乳动物一样:它们具有某些特性和历史，将它们联系在一起，不受其他类别的影响。同样，太阳系内的小行星都是相似的，柯伊伯带天体和奥尔特云天体也是如此。它们就像鸟类、爬行动物和两栖动物，所有的动物，但与哺乳动物属于不同的类别。
- 木卫二是太阳系中最大的卫星之一，围绕木星运行。在木星冰冻的表面下，液态水被来自木星的潮汐力加热。它的性质是由它在太阳系中的历史和位置决定的。尽管它很大，很大，表面下可能蕴藏着生命，但如果它是一颗行星而不是一颗卫星，它的性质将会大不相同。
海豚可能看起来像鱼，但它实际上是哺乳动物。同样，一个物体的组成并不是对它进行分类的唯一因素，它的演化历史与它的性质是密不可分的。科学家们可能会继续争论如何最好地对所有这些世界进行分类，但不仅仅是天文学家和行星科学家对此有利害关系。在探索宇宙的组织意义的过程中，我们必须用我们全部的知识来面对它。
尽管许多人不同意，但卫星、小行星、柯伊伯带和奥尔特云天体都是迷人的天体，就像现代行星一样值得研究。它们甚至可能比许多真正的行星更适合生命存在。但每个物体的属性都与它的整个形成历史密不可分。当我们试图对我们所发现的所有东西进行分类时，我们不能仅仅被表象所误导。
