最初的細胞相信全是異養生物，使用周圍的有機分子（包括由其他細胞得來的有機分子）來作為原料與能量來源。[20] 但食物供應漸漸減少，部份細胞進化出新的生存戰略。與其依靠逐漸減少的自由存在的有機分子，這些細胞選擇了太陽光作為能量來源。這個轉變的時間難以確測，但大約為假設時鐘的上午8時[21] （大約為三十億年前），與現在的光合作用相類的功能在此刻可能已發展出來了。這使得太陽的能量不只被自營生物採用，而異養生物亦能攝取太陽能量。光合作用使用含量豐富的二氧化碳與水作為原料，配以太能光的能量，產生了富能量的有機分子（碳水化合物）。此外，光合作用過程亦生成了氧氣。最初其在海洋裡與石灰岩、鐵和其他礦物質結合，但當所有可利用的礦物皆已與其結合，氧氣開始冒出水面在大氣層裡積聚。雖然每一個細胞只會產生少量氧氣，但積少成多，經過長時間，大量細胞的新陳代謝作用慢慢地使地球大氣層變為現在的狀態。[22] 這就是地球的第三道大氣層。部份氧氣變為臭氧，並在大氣層上方凝聚，就是現在的臭氧層。臭氧層不斷吸收大量的紫外線，這使得細胞可以殖民至海洋表面並最終殖民至地上：[23] 沒有臭氧層，紫外線會大量照射至地球表面，並使得受到照射的細胞產生不可承受的突變。而光合作用除了可以製造大量能量供細胞生存與隔開紫外線，其亦有著第三個主要的、使得世界改變的作用。氧氣是有毒的，其含量的上升可能在當時使得地球上大量的生命死亡（「氧氣災難」）。[23] 而有抵抗能力的生命則存活並繁衍，部份更發展出使用氧氣來增進其新陳代謝作用的速度，並能由相同食物裡攝取更多的能量。
2011年12月31日 星期六
光合作用與氧
最初的細胞相信全是異養生物，使用周圍的有機分子（包括由其他細胞得來的有機分子）來作為原料與能量來源。[20] 但食物供應漸漸減少，部份細胞進化出新的生存戰略。與其依靠逐漸減少的自由存在的有機分子，這些細胞選擇了太陽光作為能量來源。這個轉變的時間難以確測，但大約為假設時鐘的上午8時[21] （大約為三十億年前），與現在的光合作用相類的功能在此刻可能已發展出來了。這使得太陽的能量不只被自營生物採用，而異養生物亦能攝取太陽能量。光合作用使用含量豐富的二氧化碳與水作為原料，配以太能光的能量，產生了富能量的有機分子（碳水化合物）。此外，光合作用過程亦生成了氧氣。最初其在海洋裡與石灰岩、鐵和其他礦物質結合，但當所有可利用的礦物皆已與其結合，氧氣開始冒出水面在大氣層裡積聚。雖然每一個細胞只會產生少量氧氣，但積少成多，經過長時間，大量細胞的新陳代謝作用慢慢地使地球大氣層變為現在的狀態。[22] 這就是地球的第三道大氣層。部份氧氣變為臭氧，並在大氣層上方凝聚，就是現在的臭氧層。臭氧層不斷吸收大量的紫外線，這使得細胞可以殖民至海洋表面並最終殖民至地上：[23] 沒有臭氧層，紫外線會大量照射至地球表面，並使得受到照射的細胞產生不可承受的突變。而光合作用除了可以製造大量能量供細胞生存與隔開紫外線，其亦有著第三個主要的、使得世界改變的作用。氧氣是有毒的，其含量的上升可能在當時使得地球上大量的生命死亡（「氧氣災難」）。[23] 而有抵抗能力的生命則存活並繁衍，部份更發展出使用氧氣來增進其新陳代謝作用的速度，並能由相同食物裡攝取更多的能量。
太陽的能量為地球上的生命帶來了一些主要改變。
細胞
現代的生命的複製子是整齊地包裝在細胞膜內的。而理解細胞膜的起源較理解複製子的起源容易，因為組成細胞膜的磷脂分子在置放於水中時經常會自發地形成一道雙層膜。在特定環境下，很多這樣的球體因此而形成（請參看「氣泡理論」）。[15] 現在無法得知此過程是早於或延續複製子的起源（或可能其在過去就是複製子）。現在主流的意見是該複製子，在這點可能是RNA（請參看RNA世界學說），與其自我複製的器具和其他可能的生物分子已進化出來了。最初時原始細胞可能在其生長得過於巨大時發生爆裂；而四散的物質則可能重新殖民於其他「氣泡」。穩定細胞膜的蛋白質，或其後協助其變得井然有序的蛋白質，使得這些細胞線的繁衍速度加快。RNA是較有可能的早期複製子之一，能同時儲存遺傳資訊與加速反應。在同一點上，DNA取代了RNA儲存遺傳資訊的角色，而蛋白質則是作為加速反應的酵素存在，RNA則只負責傳送資訊並調節其過程。越來越多人相信這些早期細胞的進化與名為「黑煙囪」的海底火山爆發有關。[16] 或是深層而熱的岩石。[17] 然而，現在普遍相信眾多細胞或原始細胞裡，只有一種細胞存活。現有證據指出最後普遍共同祖先（LUCA）在早期太古代生存，假設時鐘的上午5時30分（大約為三十五億年前）或更早。[18]，[19] 這個「最後普遍共同祖先」細胞是所有細胞的祖先，亦即是地球上所有生命的祖先。其可能為一個原核生物，擁有一層細胞膜，亦可能擁有核糖體，但欠缺了細胞核或真核細胞有膜狀胞器如線粒體或葉綠體。就如所有現代細胞，亦使用DNA儲存遺傳基因，RNA作資訊傳送與蛋白質合成，並擁有酵素作加速反應的用途。部份科學家相信與其說最後普遍共同祖先是單一個體，不如說其為在橫向基因轉移（lateral gene transfer）裡的眾多交換遺傳基因資訊的族群。
細胞膜的一小部份。此現代的細胞膜遠較古代的雙層磷脂（圖中之藍色部分）複雜。蛋白質與碳水化合物經由細胞膜有不同的調節物質通過的功能，並且與周圍環境產生反應。
生命的起源
所有已知生物的複製子皆是DNA。DNA較原來的複製子複雜而且 其組成的複製子系統更為精細。
月球
月球的起源仍然眾說紛紜，但以巨大撞擊假設的支持證據最多。地球可能並非惟一的在距離太陽一億五千萬公里處生成的行星。所以科學家們假設了另一顆原始行星在距離太陽與地球一億五千萬公里處，即第四個或第五個拉格朗日點處形成。此行星被命名為忒亞，並假設其較現在的地球為小，大約為火星的大小與質量。其運行軌道剛開始時應該較為穩定，但其後被不斷增加質量的地球所擾亂。忒亞開始迴轉並向地球靠攏，最後在大約為假設時鐘的上午0時11分[3]（大約四十五億三千三百萬年前），其以一個低斜的角度與地球發生碰撞。其低速與低角度並不足以毀滅地球，但足以使大部份地殼被噴出。構成忒亞的重金屬沉入地球的地核內，而剩餘的物質與噴出物則在數周內冷礙為一個獨立個體。在其自身的重力影響下，大約於一年內，其成為一個較為球狀的個體，即是月球。[4] 而人們亦相信這次撞擊使地球的自轉軸傾斜了23.5°，使地球出現四季。（一個簡單，完美的星體應是自轉軸沒有傾斜並沒有分明的季節。）其亦可能加速了地球的自轉速度並使地球出現了板塊構造。
表述忒亞在地球的L5點形成，並且被重力所擾亂，而撞向地球，從而形成月球的動畫（未按比例）。此動畫將月球形成的過程假設成一年內，並假設地球不會移動，及以南極為視角。
月球
月球的起源仍然眾說紛紜，但以巨大撞擊假設的支持證據最多。地球可能並非惟一的在距離太陽一億五千萬公里處生成的行星。所以科學家們假設了另一顆原始行星在距離太陽與地球一億五千萬公里處，即第四個或第五個拉格朗日點處形成。此行星被命名為忒亞，並假設其較現在的地球為小，大約為火星的大小與質量。其運行軌道剛開始時應該較為穩定，但其後被不斷增加質量的地球所擾亂。忒亞開始迴轉並向地球靠攏，最後在大約為假設時鐘的上午0時11分[3]（大約四十五億三千三百萬年前），其以一個低斜的角度與地球發生碰撞。其低速與低角度並不足以毀滅地球，但足以使大部份地殼被噴出。構成忒亞的重金屬沉入地球的地核內，而剩餘的物質與噴出物則在數周內冷礙為一個獨立個體。在其自身的重力影響下，大約於一年內，其成為一個較為球狀的個體，即是月球。[4] 而人們亦相信這次撞擊使地球的自轉軸傾斜了23.5°，使地球出現四季。（一個簡單，完美的星體應是自轉軸沒有傾斜並沒有分明的季節。）其亦可能加速了地球的自轉速度並使地球出現了板塊構造。
表述忒亞在地球的L5點形成，並且被重力所擾亂，而撞向地球，從而形成月球的動畫（未按比例）。此動畫將月球形成的過程假設成一年內，並假設地球不會移動，及以南極為視角。
地球伴隨著太陽系誕生：
太陽系誕生之初，是以巨大並不斷旋轉的由塵埃與氣體組成的雲團的形態存在。它是由大爆炸所生成的氫與氦組成，同時亦有著由很久以前的星球內部所合成的其它元素。
地球誕生前十五至三十分鐘（等於大約四十六億年前），一個鄰近的恆星可能形成了超新星爆炸。這對太陽星雲傳送了一個震盪波，並使之收縮。
因為雲團旋轉，引力與慣性將雲團壓為一個圓碟，與其旋轉軸成垂直。大部份質量集中在中央並開始加熱。與此同時，因為引力使得物質環繞塵埃粒子緊縮，使得圓碟剩餘部份開始分解為環狀物。細少的碎片互相碰撞並組成較大的碎片。[2] 而組成的地球物質並眾集在距中央約一億五千萬公里的地帶。當太陽收縮並被加熱，核融合開始，而因此形成的太陽風則清空了在圓碟內大部份沒有收縮並組成較大個體的物質，只剩下少量的元素。
之後，較重的元素聚集於太陽附近，形成了體積小，密度高的星體(類地行星)；較輕的元素則聚集於離太陽較遠的地方，形成了體積大，密度低的星體(類木行星)，而地球則是距離太陽第三近的行星。
太陽系誕生之初，是以巨大並不斷旋轉的由塵埃與氣體組成的雲團的形態存在。它是由大爆炸所生成的氫與氦組成，同時亦有著由很久以前的星球內部所合成的其它元素。
地球誕生前十五至三十分鐘（等於大約四十六億年前），一個鄰近的恆星可能形成了超新星爆炸。這對太陽星雲傳送了一個震盪波，並使之收縮。
因為雲團旋轉，引力與慣性將雲團壓為一個圓碟，與其旋轉軸成垂直。大部份質量集中在中央並開始加熱。與此同時，因為引力使得物質環繞塵埃粒子緊縮，使得圓碟剩餘部份開始分解為環狀物。細少的碎片互相碰撞並組成較大的碎片。[2] 而組成的地球物質並眾集在距中央約一億五千萬公里的地帶。當太陽收縮並被加熱，核融合開始，而因此形成的太陽風則清空了在圓碟內大部份沒有收縮並組成較大個體的物質，只剩下少量的元素。
之後，較重的元素聚集於太陽附近，形成了體積小，密度高的星體(類地行星)；較輕的元素則聚集於離太陽較遠的地方，形成了體積大，密度低的星體(類木行星)，而地球則是距離太陽第三近的行星。
地球伴隨著太陽系誕生：
太陽系誕生之初，是以巨大並不斷旋轉的由塵埃與氣體組成的雲團的形態存在。它是由大爆炸所生成的氫與氦組成，同時亦有著由很久以前的星球內部所合成的其它元素。
地球誕生前十五至三十分鐘（等於大約四十六億年前），一個鄰近的恆星可能形成了超新星爆炸。這對太陽星雲傳送了一個震盪波，並使之收縮。
因為雲團旋轉，引力與慣性將雲團壓為一個圓碟，與其旋轉軸成垂直。大部份質量集中在中央並開始加熱。與此同時，因為引力使得物質環繞塵埃粒子緊縮，使得圓碟剩餘部份開始分解為環狀物。細少的碎片互相碰撞並組成較大的碎片。[2] 而組成的地球物質並眾集在距中央約一億五千萬公里的地帶。當太陽收縮並被加熱，核融合開始，而因此形成的太陽風則清空了在圓碟內大部份沒有收縮並組成較大個體的物質，只剩下少量的元素。
之後，較重的元素聚集於太陽附近，形成了體積小，密度高的星體(類地行星)；較輕的元素則聚集於離太陽較遠的地方，形成了體積大，密度低的星體(類木行星)，而地球則是距離太陽第三近的行星。
太陽系誕生之初，是以巨大並不斷旋轉的由塵埃與氣體組成的雲團的形態存在。它是由大爆炸所生成的氫與氦組成，同時亦有著由很久以前的星球內部所合成的其它元素。
地球誕生前十五至三十分鐘（等於大約四十六億年前），一個鄰近的恆星可能形成了超新星爆炸。這對太陽星雲傳送了一個震盪波，並使之收縮。
因為雲團旋轉，引力與慣性將雲團壓為一個圓碟，與其旋轉軸成垂直。大部份質量集中在中央並開始加熱。與此同時，因為引力使得物質環繞塵埃粒子緊縮，使得圓碟剩餘部份開始分解為環狀物。細少的碎片互相碰撞並組成較大的碎片。[2] 而組成的地球物質並眾集在距中央約一億五千萬公里的地帶。當太陽收縮並被加熱，核融合開始，而因此形成的太陽風則清空了在圓碟內大部份沒有收縮並組成較大個體的物質，只剩下少量的元素。
之後，較重的元素聚集於太陽附近，形成了體積小，密度高的星體(類地行星)；較輕的元素則聚集於離太陽較遠的地方，形成了體積大，密度低的星體(類木行星)，而地球則是距離太陽第三近的行星。
太陽星雲相信是讓地球所在的太陽系形成的氣體雲氣，這個星雲假說最早是在1734年由伊曼紐·斯威登堡提出的。[1]在1755年，熟知斯威登堡工作的康德將理論做了更進一步的開發，他認為在星雲慢慢的旋轉下，由於引力的作用雲氣逐漸坍塌和漸漸變得扁平，最後形成恆星和行星。拉普拉斯在1796年也提出了相同的模型。這些可以被認為是早期的宇宙論。
當初僅適用於我們自己太陽系的形成理論，在我們的銀河系內發現了超過200個外太陽系之後，理論學家認為這個理論應該要能適用整個宇宙中的行星形成。
在塌縮中，有三種物理過程會塑造星雲：溫度上升、自轉加速和平坦化。溫度的上升是因為原子加速向中心掉落並深入重力井中，並變得更為緊密，碰撞更為頻繁：重力位能 被轉換成動能或是熱能。其次，即使當初極為細微的，太陽星雲只要有一點點的淨自轉（角動量），會因為角動量的守恆， 星雲的尺寸縮小時就必需轉得更快。最後，星雲必須成為扁平的盤狀，稱為原行星盤，是因為當氣體的小滴碰撞和合併時，它們運動的平均值傾向於淨角動量的方向。
對八塊不同年代，但都在太陽系形成的最初三百萬年內，的隕石所做的地質分析顯示，大約在太陽形成的一百萬至二百萬年，太陽系曾經遭受鐵-60的轟擊，其來源可能是和太陽在同一個區域內誕生，但短命的巨型恆星成為超新星所導致的。[2]
在原行星盤的氣體，同時間內，從重力崩潰中心的熱化中，當溫度逐漸降低，塵粒（金屬和矽化物）、冰（含氫的，像水、甲烷和氨）和顆粒從氣體中被凝聚出來（固化）。這些顆粒在相互間輕柔的碰撞和靜電的作用下，開始增生的程序。氣體的原子和分子的量雖然豐富，但因為運動的快速使得靜電不足以約束它們的行動，因此不會增生。在盤中佔有98%質量的氫和氦，在太陽星雲中仍是不能凝聚的氣體。
因為微行星的數量眾多，並且散佈在原行星盤中，就有許多可能發展成行星系統。小行星被認為是剩餘的微行星，彼此間逐漸磨損成越來越小的碎片，同時，彗星則是在行星系中距離較遠的是微行星。隕石是落到行星表面的微形星樣品，並且提供我們許多太陽系形成的訊息。原始型態的隕石體是被撞碎的低質量微行星的大片碎塊，沒有因為重力而發生分化；同時，分化過的隕石體則是質量較大的微行星被撞擊後的大片碎塊。只有最大的那些微行星能在遭受到低質量微行星的撞擊後還能夠繼續的成長。
寡頭成長的過程會自我設限：每一個寡頭都有固定的哺養區（取決於他的碰撞截面積），一但所有共同成長的微行星都被吸附了，就不會再繼續成長了。令人半信半疑的是這些區域的大小是否有足夠的固體，能夠讓寡頭者成長到類地行星的大小，因為理論上這些區域的微行星只能讓寡頭者成長到數百公里的大小。[11] 然而，可能是湍流再次起了作用，因為它能夠增加或減少微行星的角動量，提供任何形式的徑向運動組合。這或許能穩定的提供新的材料給哺養區，讓寡頭者能繼續的成長。[12]
無論寡頭者是如何的繼續成長，它們在（在凍結線的內側）一百萬年內可以達到的典型大小是0.5至1個地球質量上下， [13]已經大到足夠被稱為原行星。因為有更高密度的固體物質可以利用，在盤的外側可以生長得更大。在類地行星的區域內可能有幾打的寡頭者彼此遠離的散佈著，[10]在動態性的隔離下，即使經過數百萬年或數千萬年也不會碰撞在一起。
在凍結線的外側，由氫組成的水、甲烷和氨都能夠凝固成固體，成為'冰'的顆粒並且堆積起來。岩石和金屬的塵粒依然可以利用，但氫化物的數量更為豐富，不僅遠遠的超過，而且隨處都是。因此在這一區域的微行星以冰為主體，而僅有少量的金屬與岩石在內。在古柏帶和歐特雲的天體、彗星、海王星巨大的衛星－崔頓，或許還有冥王星和他的衛星－凱倫，都是'髒雪球'的例子。由於有許多的固體物質可以使用，即使在碰撞較不頻繁和較低的速度下（在更大的軌道），這些微行星依然可以發展成非常巨大的行星（質量大約是地球的10倍），使得它們的引力足以吸附氨氣和甲烷，甚至是氫氣。一旦開始這樣的程序，它們將迅速的增長，因為在盤中佔有98%的氫和氦，會使它們的質量大增，而且引力網也會張得更大。
以最簡單的說法，在最內側的巨大原行星核形成星盤內密度最高的區域，並且動態時間（典型的時標是碰撞）是最短的；因為這個天體位在盤內氣體最密集的區域，能及早達到捕捉氣體所需要的臨界質量，並且和環繞的氣體有最長的共生時間。在我們自己太陽系內，木星是在凍結線外側最大的原行星核，履行前述的規則，成為系統內最大的行星。實際上，過程可能很複雜， 行星遷移和湍流會使流程混淆；與現今觀察到的系外行星比較，在我們自己系統內的行星發展也許，甚至反倒是有些異常的。
較小的微行星，在數量上也會比較多，在恆星系統內存在的時間也會比較長久。這些天體也許會在" 清除鄰里 "的過程中被行星清掃掉，可能會被投擲到外面遙遠的邊緣（在我們的太陽系是歐特雲），或僅是持續的輕推進入內側與其他的行星碰撞或相對是穩定的軌道。這種連番轟擊的時期可能長達數億年，並且也許會在地質上留下一些可以看見的撞擊坑痕跡。有些論點認為，只要在系統內還有可以利用的小岩石或冰凍的天體，這個階段就還未真正的完成。1994年， 舒梅克－李維九號彗星撞擊木星所展示的能量，正好彰顯了小行星或彗星撞擊地球可能的威脅。
在我們自己的太陽系，歸結於2：1的共振軌道穿越過木星和土星軌道之間，相信更容易上演這種劇情。來自外圍盤面的大量微行星災難性的干擾，這個過程被稱為晚期重轟擊。
原行星盤有時就是指吸積盤，因為在年輕的金牛T星－原恆星仍然在收縮中，而且氣體物質也許仍繼續向盤中掉落，在盤面內側邊緣的表面持續成長。
然而，這個意思不能與行星形成過程的吸積混淆。在上下文中，吸積提到塵粒的冷卻，固化的塵粒和冰環繞著在原行星盤中的原始太陽，碰撞和結合在一起共同的生長，包含可以量度大小的微行星和高能量的碰撞。
另一方面，木星或許有屬於自己的吸積盤，是詞彙中原本的意義。在雲氣中被捕獲的氫和氦氣體收縮、提高轉速、扁平化、和沉積氣體進入每一顆類木原行星的表面；同時，在盤內的固態塵粒堆積在微行星上，最後會形成木星的衛星。
當初僅適用於我們自己太陽系的形成理論，在我們的銀河系內發現了超過200個外太陽系之後，理論學家認為這個理論應該要能適用整個宇宙中的行星形成。
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[编辑] 太陽星雲假說的回顧
[编辑] 原始的星雲
假說主張一個行星系統原始的型態應該是一個巨大的（典型的直徑應該有～10,000天文單位），由非常低溫的星際氣體和一部分巨大的分子雲組成，大致成球形的雲氣。這樣的一個星雲一旦有足夠的密度，在本身的重力作用下便會開始收縮，也可能經由鄰近區域產生的重力波（像是超新星造成的震波）壓迫了分子雲，造成重力塌縮的開始。星雲的成分將反映在形成的恆星上，像我們自己太陽系的星雲相信是由98%來自大霹靂的氫和氦（以質量計算），以及2%來自早期死亡的恆星拋回星際空間的重元素組成（參見核合成）。重元素所佔的比例就是所謂的星雲的金屬性；在統計上，金屬性高的恆星（也就是在金屬含量較高的星雲中形成的恆星）較有可能誕生行星。一旦開始，太陽星雲的收縮就會慢慢的、但無可避免的加速。在塌縮中，有三種物理過程會塑造星雲：溫度上升、自轉加速和平坦化。溫度的上升是因為原子加速向中心掉落並深入重力井中，並變得更為緊密，碰撞更為頻繁：重力位能 被轉換成動能或是熱能。其次，即使當初極為細微的，太陽星雲只要有一點點的淨自轉（角動量），會因為角動量的守恆， 星雲的尺寸縮小時就必需轉得更快。最後，星雲必須成為扁平的盤狀，稱為原行星盤，是因為當氣體的小滴碰撞和合併時，它們運動的平均值傾向於淨角動量的方向。
對八塊不同年代，但都在太陽系形成的最初三百萬年內，的隕石所做的地質分析顯示，大約在太陽形成的一百萬至二百萬年，太陽系曾經遭受鐵-60的轟擊，其來源可能是和太陽在同一個區域內誕生，但短命的巨型恆星成為超新星所導致的。[2]
[编辑] 原恆星
在原行星盤的氣體，同時間內，從重力崩潰中心的熱化中，當溫度逐漸降低，塵粒（金屬和矽化物）、冰（含氫的，像水、甲烷和氨）和顆粒從氣體中被凝聚出來（固化）。這些顆粒在相互間輕柔的碰撞和靜電的作用下，開始增生的程序。氣體的原子和分子的量雖然豐富，但因為運動的快速使得靜電不足以約束它們的行動，因此不會增生。在盤中佔有98%質量的氫和氦，在太陽星雲中仍是不能凝聚的氣體。
[编辑] 微行星(Planetesimals)
因為微行星的數量眾多，並且散佈在原行星盤中，就有許多可能發展成行星系統。小行星被認為是剩餘的微行星，彼此間逐漸磨損成越來越小的碎片，同時，彗星則是在行星系中距離較遠的是微行星。隕石是落到行星表面的微形星樣品，並且提供我們許多太陽系形成的訊息。原始型態的隕石體是被撞碎的低質量微行星的大片碎塊，沒有因為重力而發生分化；同時，分化過的隕石體則是質量較大的微行星被撞擊後的大片碎塊。只有最大的那些微行星能在遭受到低質量微行星的撞擊後還能夠繼續的成長。
[编辑] 寡頭成長Oligarchic growth
當微行星成長時，它們的數量逐漸減少，碰撞的頻率也會降低。由於自然成長的隨機性，使得微行星成長的速率各自不同，而有些會成長的比其他的都大。當微行星繞著新生的恆星轉動時，動態摩差使得微行星的動能（動量）保持著平均的分佈，因此最巨大的運動的速度也最慢，軌道也趨近於圓形；而較小的微行星運動的速度較快，軌道的扁率也較大。值得注意的是，運動越遲緩的天體有越大的碰撞截面積，重力則可以提高一顆微行星攔截到另一顆微行星的半徑。必然的，越大越慢的微行星能更加有效的兼併周圍共同成長中的微行星；而速度較快、質量較低的微行星就難以繼續成長。這迅速的導致逃離過程，在盤內每一個區域中最大的微行星將成為各區的主宰，會比微行星海中其他的成長的更快。[8][9]這些大質量的個體完全的掌握在盤中的固體物質，稱為寡頭執政，意味著少數規則；這種過程稱為寡頭成長。[10] 這些少數的微行星在大小上迅速的增加，在寡頭成長開始前，已經有數十公里的直徑，將成長到幾百公里，最終可以到數千公里的直徑。寡頭成長的過程會自我設限：每一個寡頭都有固定的哺養區（取決於他的碰撞截面積），一但所有共同成長的微行星都被吸附了，就不會再繼續成長了。令人半信半疑的是這些區域的大小是否有足夠的固體，能夠讓寡頭者成長到類地行星的大小，因為理論上這些區域的微行星只能讓寡頭者成長到數百公里的大小。[11] 然而，可能是湍流再次起了作用，因為它能夠增加或減少微行星的角動量，提供任何形式的徑向運動組合。這或許能穩定的提供新的材料給哺養區，讓寡頭者能繼續的成長。[12]
無論寡頭者是如何的繼續成長，它們在（在凍結線的內側）一百萬年內可以達到的典型大小是0.5至1個地球質量上下， [13]已經大到足夠被稱為原行星。因為有更高密度的固體物質可以利用，在盤的外側可以生長得更大。在類地行星的區域內可能有幾打的寡頭者彼此遠離的散佈著，[10]在動態性的隔離下，即使經過數百萬年或數千萬年也不會碰撞在一起。
[编辑] 不均勻的溫度
在原行星盤內的溫度是不一致的，並且這是了解地球型和木星型行星之間分化的鑰匙。在凍結線內側的溫度太高（超過150K）使氫化物不能凝聚：它們仍然保持氣體狀態。能夠被堆積的只有金屬和矽酸鹽類的塵粒。因此在這個區域的微行星整個都由岩石和金屬組成，例如小行星，並且組成類地行星。在凍結線的外側，由氫組成的水、甲烷和氨都能夠凝固成固體，成為'冰'的顆粒並且堆積起來。岩石和金屬的塵粒依然可以利用，但氫化物的數量更為豐富，不僅遠遠的超過，而且隨處都是。因此在這一區域的微行星以冰為主體，而僅有少量的金屬與岩石在內。在古柏帶和歐特雲的天體、彗星、海王星巨大的衛星－崔頓，或許還有冥王星和他的衛星－凱倫，都是'髒雪球'的例子。由於有許多的固體物質可以使用，即使在碰撞較不頻繁和較低的速度下（在更大的軌道），這些微行星依然可以發展成非常巨大的行星（質量大約是地球的10倍），使得它們的引力足以吸附氨氣和甲烷，甚至是氫氣。一旦開始這樣的程序，它們將迅速的增長，因為在盤中佔有98%的氫和氦，會使它們的質量大增，而且引力網也會張得更大。
[编辑] 類木型的微行星
很快的，類木型的微行星不再像是由冰冷的微行星組成的，由於大量的氫氣和氦氣或多或少的都會使得巨大的氣體雲核心密度更為堅實。然後這些類木型的氣體球－在與太陽系相似的比喻下，逐漸的產生重力塌縮、加熱、提高轉速和趨向扁平。一些類木行星的衛星可能也在行星本身類似的機制下形成，在原行星的重力塌縮中，從被濃縮的原行星盤中的塵粒中凝聚而成。這或許可以解釋，在我們的太陽系中，類木行星有如此眾多的衛星，和為何自轉得如此快速。當年輕的恆星發出的強風將剩餘的氣體和塵粒從恆星盤吹散進入其外的星際空間時，類木行星的成長就結束了。以最簡單的說法，在最內側的巨大原行星核形成星盤內密度最高的區域，並且動態時間（典型的時標是碰撞）是最短的；因為這個天體位在盤內氣體最密集的區域，能及早達到捕捉氣體所需要的臨界質量，並且和環繞的氣體有最長的共生時間。在我們自己太陽系內，木星是在凍結線外側最大的原行星核，履行前述的規則，成為系統內最大的行星。實際上，過程可能很複雜， 行星遷移和湍流會使流程混淆；與現今觀察到的系外行星比較，在我們自己系統內的行星發展也許，甚至反倒是有些異常的。
[编辑] 巨大的撞擊
最後，在恆星風吹掉盤中的氣體之後，還有大量的原行星和微行星被留下來。 在超過一千萬至一億年的週期中，這些原行星－典型的質量界於月球和數個地球之間－會互相攝動，直到軌道相互橫越並發生碰撞為止。這些天體經由碰撞的結果，最後成為系統內的行星。這種碰撞：相信是原地球和火星大小原行星的碰撞，形成了現在的地球和月球。這種程序是高度隨機的；一個與我們相似的類地系統的形成，可能很快就會結束。所能產生的內行星也許比我們在太陽系內觀察到的更少，但也可能更多。較小的微行星，在數量上也會比較多，在恆星系統內存在的時間也會比較長久。這些天體也許會在" 清除鄰里 "的過程中被行星清掃掉，可能會被投擲到外面遙遠的邊緣（在我們的太陽系是歐特雲），或僅是持續的輕推進入內側與其他的行星碰撞或相對是穩定的軌道。這種連番轟擊的時期可能長達數億年，並且也許會在地質上留下一些可以看見的撞擊坑痕跡。有些論點認為，只要在系統內還有可以利用的小岩石或冰凍的天體，這個階段就還未真正的完成。1994年， 舒梅克－李維九號彗星撞擊木星所展示的能量，正好彰顯了小行星或彗星撞擊地球可能的威脅。
在我們自己的太陽系，歸結於2：1的共振軌道穿越過木星和土星軌道之間，相信更容易上演這種劇情。來自外圍盤面的大量微行星災難性的干擾，這個過程被稱為晚期重轟擊。
[编辑] 理論解釋的太陽系特徵
星雲假說可以有效的解釋太陽系中一些主要的現象：- 行星和衛星的規則運動（所有的行星都幾乎在同一個平面上，以接近圓形的軌道，以相同的方向繞著太陽公轉，而且所有的自轉也幾乎在同方向。）
- 類地行星和類木行星有明顯的區別（質量、與太陽的距離、組成、衛星和環系統）
- 小天體（小行星和彗星，無論週期的長或短）
- 例外的趨向（類地的衛星、轉軸傾角、不同平面的木衛、崔頓）
[编辑] 假說面臨的挑戰
目前星雲假說面臨的挑戰：[编辑] 吸積的意義
在行星吸積的過程中，在原行星盤中使用吸積盤這個詞彙會造成混淆。原行星盤有時就是指吸積盤，因為在年輕的金牛T星－原恆星仍然在收縮中，而且氣體物質也許仍繼續向盤中掉落，在盤面內側邊緣的表面持續成長。
然而，這個意思不能與行星形成過程的吸積混淆。在上下文中，吸積提到塵粒的冷卻，固化的塵粒和冰環繞著在原行星盤中的原始太陽，碰撞和結合在一起共同的生長，包含可以量度大小的微行星和高能量的碰撞。
另一方面，木星或許有屬於自己的吸積盤，是詞彙中原本的意義。在雲氣中被捕獲的氫和氦氣體收縮、提高轉速、扁平化、和沉積氣體進入每一顆類木原行星的表面；同時，在盤內的固態塵粒堆積在微行星上，最後會形成木星的衛星。
[编辑] 相關條目
[编辑] 衛星
- 從繞行星的星盤（只在大型氣體行星的情況下）同時生成；
- 從撞擊的殘骸形成（如果有淺角度下足夠大的撞擊），和
- 捕獲經過的天體。
太陽系固態天體的衛星來自碰撞和俘獲。火星的兩個小衛星火衛二和火衛一被認為是俘獲來的小行星。[62]地球的月亮被認為是形成於一次單獨的巨大的斜撞。[63][64]進行撞擊的天體估計可能有接近火星一樣的質量，碰撞大約發生在大撞擊結束的時期。碰撞把撞擊天體的一些幔層撞到了軌道上，聚成了月球。[63]該次撞擊可能是形成地球的一系列合并的最後一次。過去曾進一步地推測約火星大小的天體曾形成於地球-太陽拉格朗日點中穩定的一處（L4或L5），而後漂離了它所處的位置。[65]冥王星的衛星卡戎可能也是通過大撞擊形成的；冥王星-卡戎和地-月系統是太陽系裡僅有「衛星至少佔較大天體質量的1%」中的兩例。[66]
[编辑] 未來
天文學家預測，我們今天所知道的太陽系在它核心所有的氫聚變成氦，也就是在恆星演化的赫羅圖上從主序星過渡到紅巨星前不會發生劇烈變化。即便如此，到那時太陽系仍然會繼續演化。[编辑] 長期穩定性
隨著行星軌道長期不確定因子[67]，太陽系是混沌的。這種混沌的一個顯著的例子就是海王星-冥王星系統，它們處於3:2的軌道共振。儘管軌道共振是穩定的，預測冥王星未來1到2千萬年（李亞普諾夫時間）的位置卻無法取得任何的精確度。[68]另一個例子是地球的轉軸傾角，受地幔與月球潮汐作用而來的摩擦力影響（見下），在今後的15到45億年間將表現為混沌狀態。[69]行星的軌道在經過較長的時間度後將處於混沌狀態，例如整個太陽系的李亞普諾夫時間範圍為2百萬-2.3億年。[70]
在所有的情形下，這意味著一個行星在它軌道上的位置終將變得無法以任何確定性預測（因此，比如說，冬夏的時間變得不確定），但有些情形下軌道本身可能會劇烈變動。這樣的混沌在軌道的偏心率改變中表現得最明顯，有些行星的軌道變得顯著地更加或更加不橢圓。[71]
最終，太陽系會在接下的幾十億年後穩定下來，行星不會再互相碰撞，也不會被拋出太陽系。[70]這之後，大概50億年左右，火星的偏心率會達到0.2，以至於它會處在一個跟地球交會的軌道上，會導致潛在的碰撞。在同樣的時間區段裡，水星的偏心率會更加加大，與金星的近距遭遇在理論上可能會把它完全拋出太陽系[67]或把它送上與金星或地球相撞的道路。[72]
[编辑] 衛-環系統
衛星演化是由潮汐力所驅動的。由於沿著主體行星直徑的重力差異，繞行的衛星會在其上面引起潮汐突起。如果衛星是沿著行星的自轉相同方向繞行的，且行星自轉快於衛星的繞行周期，突起將經常性地被牽拉而領先於衛星。在這種情況下，角動量被從主體行星的自轉傳送到衛星的公轉，衛星獲得能量，逐漸螺旋狀外移，主體行星隨著時間推移自轉會更慢。地球和月亮就是這種情況的一個例子。今天，月球潮汐鎖定於地球；它的繞地球公轉等於它繞自己軸線的自轉，意味著它始終以同一面面向地球。月球將持續遠離地球，地球的轉動將持續緩慢下來。大約500億年，如果這兩個世界都能在太陽的擴張中存活下來，它們將彼此潮汐鎖定；每一方將只能在一個半球內看到對方。[73]另一個例子是木星的伽利略衛星（和木星的很多小衛星）[74]和土星的許多較大衛星。[75]
如果衛星公轉比主體行星自轉快或者它的公轉方向異於其主體行星的自轉方向，不同的情況會發生。在這兩種情況下，潮汐突起落後於軌道上的衛星。在前一種情況下，角動量的傳送逆轉，主體行星的自轉加快，衛星的軌道縮小。後一種情況，自轉和公轉的角動量的符號相反，所以傳送導致削減彼此的強度。[76]在這兩種情況下，潮汐減速導致衛星螺旋切近主體行星直至其被潮汐壓力撕裂並可能生成行星環系統，或者墜毀到行星的表面或者其大氣層中。這樣的命運在等著火星的衛星火衛一（在3000到5000萬年間），[77]海王星的海衛一（在36億年間）、海衛三、海衛四，[78]木星的木衛十五和木衛十六，[79]和天王星至少16個小衛星。天王星的天衛十甚至可能會與它相鄰的衛星相撞。[80]海王星的海衛四也可能會進入鄰近的海衛五的軌道。
第三種可能是主體行星和衛星彼此潮汐鎖定。這種情況下，潮汐突起將停留在衛星之下，沒有角動量的傳遞，軌道周期不會變。冥王星和卡戎就是這種情形的一個例子。[81]
在2004年卡西尼-惠更斯號太空飛行器到臨之前，土星環曾被認為比太陽系年輕很多，並且不會再存在3億年。與土衛的重力作用預計將逐漸把環的外周掃向行星，流星的摩擦和土星的重力會清除其餘的成分，留下沒有環飾的土星本體。[82]但是「卡西尼」之旅的數據使科學家們修正了這個早期的觀點。觀察顯示10公里寬的冰塊狀物質持續破碎和重新生成，保持環的更新。土星的環要比其它巨大氣體行星的環大得多。這樣龐大的質量據信從45億年前土星的形成之初就保持了它的環，並將在今後的幾十億年內繼續保持。[83]
[编辑] 太陽和行星環境
約54億年之後，太陽核心的所有的氫都會聚變成氦。核心將不再支撐得住重力塌陷，將會開始收縮，加熱核周圍的一個外殼直到裡面的氫開始聚變。[85]這將使其外層急劇擴張，這顆恆星將進入它生命中的紅巨星階段。[88][89]在75億年內，太陽會膨脹到半徑為1.2AU——256倍於它現在的大小。在其紅巨星分支的頂峰，因為巨量增大的表面積，太陽的表面會比現在冷卻很多（大約2600K）， 它的光度會增高很多，會達到現在太陽光度的2700倍。在太陽成為紅巨星的階段，它會產生很強的星風，這將帶走它自身33%的質量。[85][90][91]在這個時候，土星的衛星泰坦，有可能達到可維持生命的表面溫度。[92][93]
當太陽膨脹後，它會吞掉水星，而且金星很可能一併吞掉。地球的命運還不是很清楚。儘管太陽會吞噬地球的現在的軌道，這顆恆星的質量損失（既而更弱的重力）會導致行星的軌道向外移動。如果僅僅如此，金星和地球可能會逃離火海，[90]但2008年的研究認為地球還是會因為與太陽附著不緊密的外層潮汐作用而被吞噬掉。[90] [85]
漸漸地，太陽核心周圍殼裡燃燒的氫將增大核的質量直到達到現今太陽質量的45%。此時密度和溫度如此高以至於氦開始聚變成碳，導致氦閃；太陽的半徑將從約250倍縮至11倍於現在（主序星）的半徑。因此，它的光度會從3000倍跌至54倍於今天的水平，而其的表面溫度則會升至約4770K。[94]太陽將成為一顆水平分支星，平穩地燃燒它核心的氦，大概就像它今天燒氫一樣。氦聚變階段將只持續1億年。最終，它還是得求諸它外層的氫和氦貯備，並且第二次膨脹，變成漸近巨星分支星。太陽的光度會再次升高，達到今天光度的2090倍，並且它會冷卻到大約3500K。[85]這一階段將持續3千萬年，之後，再過10萬年的過程中，太陽的殘留外層將失去，拋射出巨大的物質洪流形成一個光暈（誤導性地）叫行星狀星雲。拋射出來的物質將包含太陽的核反應生成的氦和碳，繼續為未來世代的恆星而富華星際物質以重元素。[95]
環狀星雲，一個近似太陽將成為的行星狀星雲
隨著太陽的死亡，它作用於如行星、彗星和小行星這些天體的重力會隨著它的質量丟失而減弱。[90] [97]如果金星、地球、和火星在這時候還生存，它的軌道會大約位於1.4、1.9和2.8AU。它們和其它剩餘的行星將成為昏暗、寒冷的外殼，完全沒有任何形式的生命。它們將繼續圍繞他們的恆星，其速度因為距離太陽的距離增大和太陽重力的降低而減慢。二十億年後，當太陽冷卻到6000到8000K的範圍，太陽核心的碳和氧將冷卻，它所剩的90%的質量將形成結晶結構。最終，再過數十億年，太陽將完全停止閃耀，成為黑矮星。[98]
[编辑] 星系相互作用
我們的星系中太陽系的位置
太陽系沿著一個距離銀河系銀心大約3萬光年的圓形軌道獨自運行。它的速度大約是每秒鐘220公里。太陽系繞銀心完成一周公轉，即一銀河年大約在2.2~2.5億年的範圍。自從太陽系的形成以來，它已經至少這樣轉了20周。[99]
有些科學家推測太陽系在銀河系中的路徑是在地球上化石記錄中觀測到的周期性生物集群滅絕的一個因素。一個假說建議當太陽繞銀心公轉帶來的豎向震蕩使它規律性地經過銀道面。當太陽軌道把它帶出銀道面，銀河潮汐的影響就弱一些，當它每隔2千萬到2千5百萬年進入銀河盤，它就會受到遠為強烈的「盤潮汐」的影響，根據數學模型，奧爾特彗星的流量會增大4倍，導致毀滅性的撞擊的可能性大大增加。[100]
但是，有其它的論說認為太陽目前靠近銀道面，然而最後一次大滅絕發生在1千5百萬年前。因此太陽的豎向位置不能獨自說明這樣的周期性滅絕，而這樣的滅絕是發生在太陽經過銀河系的螺旋臂的時候。螺旋臂不但是為數眾多的，其重力可干擾奧爾特雲的分子雲的所在，也是明亮的藍巨星的高度密集區所在，藍巨星存在時間短暫，劇烈爆發成超新星。[101]
[编辑] 星系碰撞和行星干擾
通常的誤解認為這樣的碰撞會干擾太陽系的行星軌道。雖然經過的恆星有可能會把行星剝離太陽系送入星系空間，但恆星間的距離如此之巨以至於銀河系和仙女座星系的相撞對單個的恆星系統的干擾是可以忽略不計的。雖然太陽系作為一個整體可能會被這些事件影響，太陽和行星本身預計不會受到干擾。[104]
但是，隨著時間的流逝，遭遇另一顆恆星的累計機率增加，對行星的干擾無可避免。假設宇宙末日的大擠壓或大撕裂不會發生，有計算認為途經的恆星在會1千萬億年內完全剝去死亡的太陽的所有行星。這標誌著太陽系的終結。雖然太陽和行星可能會存在下去，但太陽系，無論是在任何意義上都將不復存在。[2]
[编辑] 年代
太陽系的形成的時間框架是用放射性同位素測定方法測定的。科學家估計太陽系大約46億歲。地球上最老的已知的礦物顆粒大約44億歲。[105] 因為地球表面經常性地被侵蝕作用、火山活動和板塊運動改造，這樣老的岩石比較稀少。科學家用在太陽星雲早期凝縮中形成的隕石來估計太陽系的年齡。幾乎所有的隕石 （見 魔谷隕石）都被發現有46億歲，顯示太陽系大約至少也是這樣老。[106]對其它恆星的星盤研究對太陽系形成的時間表的建立也有頗多貢獻。1百萬到3百萬歲的恆星多富含氣體，而超過1千萬年的恆星星盤含很少到幾乎沒有氣體，顯示它內部的巨大氣體行星已經停止生成。[25]
[编辑] 太陽系演化時序表
注: 此年表中所有時間和年代都應只被視作數量級指標。| 階段 | 距離太陽形成的時間 | 事件 |
|---|---|---|
| 前太陽系 | 太陽系形成前數十億年 | 前代的恆星生存和死亡，把重元素拋出成為星際物質，太陽系從中形成。[15] |
| 太陽系形成前~5×107年 | 如果太陽系在一個獵戶座大星雲一樣的恆星形成區形成，質量大的恆星經歷形成、過其一生、死亡、並且爆發成超新星。其中一顆超新星觸發了太陽系的形成。[9][10] | |
| 太陽系的形成 | 0–1×105 年 | 前太陽星雲形成並且開始坍縮。太陽開始形成。[25] |
| 1×105–5×107 年 | 太陽是一顆金牛T星類型的原恆星。[16] | |
| 1×105–7 年 | 外圍行星形成。107 年，原恆星盤中的氣體被吹走，外圍行星形成可能完成。[25] | |
| 1×107–8 年 | 類地行星和衛星形成。大碰撞開始，地球上被送來水。[1] | |
| 主序星 | 5×107 年 | 太陽成為一顆主序星。[21] |
| 2×108 年 | 地球上最古老的岩石形成。[105] | |
| 5–6×108 年 | 木星和土星的軌道共振把海王星移到了柯伊伯帶。後期重轟炸期在內太陽系開始。[1] | |
| 8×108 年 | 地球上出現已知最早的生命。[53] | |
| 4.6×109 年 | 今天，太陽仍是一顆主序星，每109年變暖變熱約10% 。[84] | |
| 6×109 年 | 太陽適居帶挪出地球的軌道，可能移向火星軌道。[87] | |
| 7×109 年 | 銀河系和仙女座星系開始仙女-銀河碰撞。在兩個星系完全合并前太陽系有微小的可能被仙女座俘獲。[102] | |
| 後主序星 | 10–12×109 年 | 太陽耗盡其核里的氫，結束主序階段生命。太陽開始在赫羅圖上升至紅巨星支，急劇變得更亮（至2700倍）、更大（半徑至250倍）、更冷（降至2600K）：太陽成為紅巨星。水星、金星和地球可能被吞沒。[90][85] |
| ~12×109 年 | 太陽經過氦燃燒的水平分支和漸近巨星分支階段，在後主序期丟失質量的30%。漸近巨星分支期以噴射行星狀星雲結束，留下太陽的核心成為一顆白矮星。[85][95] | |
| 太陽殘骸 | >12×109 年 | 白矮星太陽不再產生能量，開始持續冷卻和暗淡下來，最終走向黑矮星階段。[94][98] |
| 1015 年 | 太陽冷卻到5K。[107]經過的恆星重力把行星從軌道上剝離，太陽系不復存在。[2 |
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