這被稱為星雲假說的廣泛接受模型，最早是由18世紀的伊曼紐·斯威登堡、伊曼努爾·康德和皮埃爾-西蒙·拉普拉斯提出。其隨後的發展與天文學、物理學、地質學和行星學等多種科學領域相互交織。自1950年代太空時代降臨，以及1990年代太陽系外行星的發現，此模型在解釋新發現的過程中受到挑戰又被進一步完善化。
從形成開始至今，太陽系經歷了相當大的變化。有很多衛星由環繞其母星氣體與塵埃組成的星盤中形成，其他的衛星據信是俘獲而來，或者來自於巨大的碰撞（地球的衛星月球屬此情況）。天體間的碰撞至今都持續發生，並為太陽系演化的中心。行星的位置經常遷移，某些行星間已經彼此易位。[1]這種行星遷移現在被認為對太陽系早期演化起負擔起絕大部分的作用。
就如同太陽和行星的出生一樣，它們最終將滅亡。大約50億年後，太陽會冷卻並向外膨脹超過現在的直徑很多倍（成為一個紅巨星），拋去它的外層成為行星狀星雲，並留下被稱為白矮星的恆星屍骸。在遙遠的未來，太陽的環繞行星會逐漸被經過的恆星的重力捲走。它們中的一些會被毀掉，另一些則會被拋向星際間的太空。最終，數萬億年之後，太陽終將會獨自一個，不再有其它天體在太陽系軌道上。[2]
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[编辑] 歷史
皮埃爾-西蒙·拉普拉斯，星雲假說的發起者之一
現今太陽系形成的標準理論：星雲假說，從其在18世紀被伊曼紐·斯威登堡、伊曼努爾·康德、和皮埃爾-西蒙·拉普拉斯提出之日起就屢經採納和摒棄。對該假說重大的批評是它很明顯無法解釋太陽相對其行星而言缺少角動量。[4] 然而，自從1980年代早期對新恆星的研究顯示，正如星雲假想預測的那樣，它們被冷的氣體和灰塵的盤環繞著，才導致這一假想的重新被接受。[5]
要了解太陽將如何繼續演化需要對它的能量之源有所認知。亞瑟·愛丁頓對愛因斯坦的相對論的確認導致他認識到太陽的能量來自於它核心的核聚變。[6] 1935年，愛丁頓進一步提議其他元素也有可能是在恆星中形成。[7] 弗雷德·霍伊爾 進一步詳盡闡釋這一假設，認為演化成為的紅巨星的恆星會在其核心產生很多比氫和氦重的元素。當紅巨星最終拋掉它的外層時，這些元素將被回收以形成其它恆星。[7]
[编辑] 形成
[编辑] 前太陽星雲
星雲假說主張太陽系從一巨大的有幾光年跨度的分子雲的碎片重力塌陷的過程中形成。[8]幾十年前，傳統觀點還是認為太陽是在相對孤立中形成的，但對古隕石的研究發現短暫的同位素（如鐵-60）的蹤跡，該元素只能在爆炸及壽命較短的恆星中形成。這顯示在太陽形成的過程中附近發生了若干次超新星爆發。其中一顆超新星的衝擊波可能在分子雲中造成了超密度區域，導致了這個區域塌陷，從而觸發了太陽的形成。因為只有大質量、短壽恆星才會產生超新星爆發，太陽一定是在一個產生了大質量恆星的一個大恆星誕生區域里（可能類似於獵戶座星雲)形成。[9][10]
哈伯太空望遠鏡拍攝的獵戶座星雲，一個寬約20光年的「恆星搖籃」，可能近似於太陽形成之前的前太陽星雲
因為角動量守恆，星雲塌陷時轉動加快。隨著星雲濃縮，其中的原子相互碰撞頻率增高，把它們的動能轉化成熱能。其質量集中的中心越來越比周邊環繞的盤熱。[8]大約經過100,000年，[16]在重力、氣體壓力、磁場力和轉動慣量的相互競爭下，收縮的星雲扁平化成了一個直徑約200AU[8]的原行星盤，並在中心形成一個熱緻密的原恆星（內部氫聚變尚未開始的恆星）。[17]
太陽發展到了這一演化點時，已被認為是一顆金牛T星類型的恆星。對金牛T星的研究表明它們常伴以0.001－0.1太陽質量[18]的前行星物質組成的盤。這些盤伸展達幾百AU——哈伯太空望遠鏡已經觀察過在恆星形成區（如獵戶座星雲[19]）直徑達1000AU的原星盤——並且相當冷，最熱只能達到一千開爾文。[20]
在五千萬年內，太陽核心的溫度和壓力變得如此巨大，它的氫開始聚變，產生內部能源抗拒重力收縮的力直到達至靜力平衡。[21]這意味著太陽成為了主序星，這是它生命中的一個主要階段。主序星從它們核心的氫聚變為氦的過程中產生能量。太陽至今還是一顆主序星。[22]
[编辑] 行星的形成
內太陽系（距中心直徑4天文單位以內的區域）過於溫暖以至於易揮發的如水和甲烷分子難以聚集，所以那裡形成的微行星只能由高熔點的物質形成，如鐵、鎳、鋁和石狀矽酸鹽。這些石質天體會成為類地行星（水星、金星和火星）。這些物質在宇宙中很稀少，大約只佔星雲質量的0.6%，所以類地行星不會長得太大。[8]類地行星胚胎在太陽形成100,000年後長到0.05地球質量，然後就停止聚集質量；隨後的這些行星大小的天體間的相互撞擊與合并使它們這些類地行星長到它們今天的大小（見下面的類地行星）。[25]
類木行星（木星、土星、天王星和海王星）形成於更遠的凍結線之外，在介於火星和木星軌道之間的物質冷到足以使易揮發的冰狀化合物保持固態。類木行星上的冰比類地行星上的金屬和矽酸鹽更豐富，使得類木行星的質量長得足夠大到可以俘獲氫和氦這些最輕和最豐富的元素。[8]凍結線以外的微行星在3百萬年間聚集了4倍地球的質量。[25]今天，這四個類木行星在所有環繞太陽的天體質量中所佔的比例可達99%。[26]理論學者認為木星處於剛好在凍結線之外的地方並不是偶然的。因為凍結線聚集了大量由向內降落的冰狀物質蒸發而來的水，其形成了一個低壓區，加速了軌道上環繞的塵埃顆粒的速度阻止了它們向太陽落去的運動。在效果上，凍結線起到了一個壁壘的作用，導致物質在距離太陽約5天文單位處迅速聚集。這些過多的物質聚集成一個大約有10個地球質量的胚胎，然後開始通過吞噬周圍星盤的氫而迅速增長，只用了1000年就達到150倍地球質量並最終達到318倍地球質量。土星質量顯著地小可能是因為它比木星晚了幾百萬年形成，當時所能使用的氣體少了。[25]
像年輕的太陽這樣的金牛T星擁有遠比老恆星更穩定、更強烈的星風。天王星和海王星據信是在木星和土星之後，在太陽風把星盤物質大部分吹走之後形成。結果導致這兩個行星上聚集的氫和氦很少，各自不超過一倍地球質量。天王星和海王星有時被引述為失敗的核。[27]對這些行星來說形成理論的主要問題是它們的形成時間。在它們目前的位置，它們的核需要數億年的時間聚集。這意味著天王星和海王星可能是在更靠近太陽的地方形成的——位於接近甚至介於木星和土星之間——後來才向外遷移。（見下面的行星遷移）。[28][27]在微行星的時代，行星運動並不全是向內朝向太陽；從維爾特二號上取回的星塵樣本表明太陽系早期形成的物質從溫暖的太陽系內部向柯伊伯帶區域遷移。[29]
過了三百萬到一千萬年，[25]年輕太陽的太陽風會清淨原星盤內所有的氣體和塵埃，把它們吹向星際空間，從而結束行星的生長。[30][31]
[编辑] 後續的演化
行星原先被認為是在我們今天看到的它們的軌道內或附近形成的。但這一觀點在20世紀晚期和21世紀初期發生了巨變。現在認為太陽系在最初形成之後看上去跟現在很不一樣：在內太陽系有幾個至少跟金星一樣大的天體，外太陽系也比現在緊密，柯伊伯帶離太陽要近得多。[32][编辑] 類地行星
行星形成時代結束後內太陽系有50－100個月球到火星大小的行星胚胎。[33][34]進一步的生長可能只是由於這些天體的相互碰撞和合并，這一過程持續了大約1億年。這些天體互相產生重力作用，互相拖動對方的軌道直到它們相撞，長得更大，直到最後我們今天所知的4個類地行星初具雛形。[25]其中的一個這樣的巨大碰撞據信導致了月球的形成（見下文衛星）, 另外一次剝去了早期水星的外殼。[35]此模型未解決的問題是它不能解釋這些原類地行星的初始軌道——得要相當的偏心圓形才能相撞——是如何形成今天這樣相當穩定且接近圓形的軌道的。[33]此「偏圓去除」的假說之一認為在氣體盤中形成的類地行星尚未被太陽驅離。這些殘餘氣體的「重力拖拉」終將降低行星的能量，平滑化它們的軌道。[34]不過，如果存在這樣的氣體，一開始它就會防止類地行星的軌道變得如此偏圓。[25]另一個假說認為重力拖拉不是發生在行星和氣體之間，而是發生在行星和余留的小天體之間。當大的天體行經小天體群時，小天體手受到大天體的重力吸引，在大天體的路徑形成了一個高密度區，一個「重力喚醒」，由此降低了大天體使其進入一個更正規的軌道。[36]
[编辑] 小行星帶
小行星帶位於類地行星區外圍邊緣，離太陽2到4個AU。小行星帶開始有多於足以形成超過2到3個地球一樣的行星的物質，並且實際上，有很多微行星在那裡形成。如同類地行星，這一區域的微行星後來合并形成20到30個月亮到火星大小的行星胚胎；[37] 但是因為在木星附近，意味著太陽形成3百萬年後這一區域的歷史發生了巨大變化。[33] 木星和土星的軌道共振對小行星帶特别強烈，並且與更多的大質量的行星胚胎的的重力交互作用使更多的微行星散布到這些共振中，造成它們在與其他天體碰撞後被撕碎，而不是凝結聚合下去。[38] 隨著木星在形成後的向內遷移（見下文行星遷移），共振將橫掃整個小行星帶，動態地激發這一區域的天體數量，並加大它們之間的相對速度[39]。共振和行星胚胎的累加作用要麼使微行星脫離小行星帶，要麼激發它們的軌道傾角和偏心率變化。[37][40]某些大質量的行星胚胎也被木星拋出，而其它的可能遷移到了內太陽系裡，並在類地行星的最終聚集中發揮了作用。[41][37][42] 在這個初始消竭時期，大行星和行星胚胎的作用下在小行星帶剩下的主要由微行星組成的總質量不到地球的1%。這仍是目前在主帶的質量的10到20倍，約1/2000地球質量。[40]第二消竭階段據信是當木星和土星進入臨時2:1軌道共振時發生，使小行星帶的質量下降接近至目前規模（見下文） 。內太陽系的巨大撞擊期可能對地球從小行星帶獲取其目前的水成分（ ~6×1021 公斤）起到了一定的作用。水太易揮發，不會在地球的形成時期就存在，一定是其後從太陽系外部較冷的地方送來的。[43] 水可能是由被木星甩離小行星帶的行星胚胎和小的微行星帶過來的。[41]2006年發現的一些主帶彗星也被認為可能是地球的水的來源之一。[43][44] 在相比之下，從柯伊伯帶或更遠的區域的彗星帶來的不過約6%地球的水。[45][1] 胚種論假說認為，生命本身可能是通過這種方式播撒到地球上，雖然這種想法不被廣泛接受。[46]
[编辑] 行星遷移
外層行星的遷移對於解釋太陽系最外圍區域的存在和特性也是必要的。[28]
海王星之外，太陽系延伸到柯伊伯帶、黃道離散天體和奧爾特雲，這三個稀疏的小冰狀天體群落被認為是絕大多數被觀測到的彗星的起源地。以它們離太陽的距離，在太陽星雲散離前聚集的速度太慢以至於不足以形成行星，所以最開始的星盤缺乏足夠的物質密度來形成行星。柯伊伯帶處於距離太陽30到55AU的地方，更遠的黃道離散天體延展到100AU，[28]而遙遠的奧爾特雲起始於大約50,000AU的地方。[47]但起初，柯伊伯帶離太陽近得多也緻密得多，外圍邊緣離太陽大約30AU。它的內部邊緣剛好在天王星和海王星的軌道外，天王星和海王星的軌道在形成的時候離太陽要近得多（可能15-20AU），並且位置相反，天王星離太陽要比海王星更遠。[28][1]
太陽系形成之後，巨大行星的軌道持續緩慢變化，主要是受到它們與剩下的大量的微行星之間的相互作用的影響。過了5億到6億年（大約40億年前）木星和土星進入2：1共振；土星每當木星環繞太陽兩周才環繞太陽一周。[28]這一共振對外圍行星造成了重力推力，從而讓海王星越過天王星的軌道，「耕」入古柯伊伯帶。這些行星群把大部分小冰狀天體向內部散播，同時它們自己卻向外移動。這些微行星繼而以類似的方式驅散它們遇到的下一顆行星，把行星的軌道向外移動，它們自己向內移動。[48]這一過程持續到微行星與木星相互作用，木星的強大重力使它們軌道變得高度橢圓，甚至把它們徑直拋出太陽系。這使得木星略微向內移動。這些被木星驅散進入高度橢圓軌道的天體形成了奧爾特雲；[28]那些被遷移中的海王星驅散程度較輕的天體形成了現在的柯伊伯帶和黃道離散天體。[28]此情形可解釋現今柯伊伯帶和黃道離散天體的低密度。這些被驅散的天體，包括冥王星，開始被海王星重力束縛，被拉入軌道共振。[49]最終，在微行星盤裡的摩擦力使得天王星和海王星的軌道又變圓了。[28][50]
與外圍行星比，內部行星在太陽系的歷史中並未發生顯著的遷移，因為它們的軌道在大撞擊期保持了穩定。[25]
[编辑] 後期重轟炸和其後
天文學家們相信隕石撞擊是太陽系演化的常規部分（如果說現在不是很頻繁的話）。隕石撞擊持續發生的證明有1994年的蘇梅克-列維9號彗星撞擊木星以及亞利桑那隕石坑。因此，行星聚合的過程還沒有結束，還可能會對地球上的生命造成威脅。[54][55]
外太陽系的演化可能曾受附近超新星和途經的星際雲影響。太陽系外圍天體的表面可能經歷過由太陽風、微隕星和星際物質的中性成分帶來的太空風化。[56]
後期重轟炸後，小行星帶的演化主要依靠碰撞進行。[57]大質量的天體有足夠的重力留住任何強烈撞擊濺出的物質，但小行星帶卻通常不是這樣。其結果就是，許多較大的天體在碰撞中會分裂，而不太激烈的碰撞產生的殘餘物有時又會合并形成新的天體。[57]有些小行星現在周圍的衛星的形成，只能以物質從母天體飛出但沒有足夠能量完全逃脫它的重力因而聚集而成來解釋。
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