23.行星的形成
定 义：行星是从年轻太阳周围的原行星云中生长出来的。
发现历史：现代行星形成理论是由维克托·萨夫罗诺夫在20世纪70年代的研究工作中建立并发展起来的。
关键突破：2005年首次提出“尼斯模型”（Nice Model），该模型解释了巨行星形成速率及其化学组成。
重要意义：了解行星起源是对我们太阳系历史进行建模的第一步。
当太阳在远古太阳星云的中心点燃时，一个盘状的物质云留在了它周围的轨道上，最终，盘中的物质合并形成了太阳系的行星和其他天体。如今，科学家们仍在探索与之相关的精确过程。
根据对原始太阳星云物质的最新测量数据的分析，在大约45.6亿年前，太阳开始形成，此后约10万年内，太阳开始通过核聚变发光。在这个阶段，太阳还是个不安分的少年恒星，随着继续从周围星云的内部区域吸取物质，它更容易发生猛烈的爆发，但是其亮度和温度持续增加。与此同时，行星也开始在这个星云内形成，天文学家们将这一形成过程称为“吸积”（accretion）。
分离太阳系
在引力向内的拉力和强烈的太阳风向外的压力的竞争下，剩余的星云达到了平衡状态，其形态为一个凸起的圆盘，从太阳延伸到大约200 AU（天文单位）的地方〔远远超出柯伊伯带（Kuiper Belt）的边界〕 。太阳的能量加热了靠近内部的原行星云，导致熔点低的挥发性物质（化学术语中的“冰”）升华成气体，然后被太阳风吹走，只留下相对稀疏的尘埃颗粒。在目前火星和木星的轨道之间存在着一条冰霜线（frost line，译注：又叫雪线），这里的星云温度足够低，使冰等物质能够存留下来。同样是在这个区域，太阳风也相当弱，无法吹走星云中的气态成分，因此这里聚集了大量的物质，这些物质主要是氢和氦。
根据最新的模型，4颗巨行星是在太阳系历史的第一个千万年内形成的，并且基本是依照顺序形成的。首先形成的是木星，这要归功于大量富含水分的物质正好堆积在冰霜线之外，这些水分是由落入冰霜线之内的冰冻天体蒸发而来的。这个区域内的旋涡使得气体和冰结合成一个质量约为10个地球质量的原行星，然后滚雪球般地迅速从周围环境中吸取物质，从而在短短几千年内成长为木星现在的水平——相当于318个地球质量那么大。土星在太阳系中的形成也经历了一个类似的过程，不过位置要稍微靠外一点，时间也要晚几百万年，此时积聚起来的形成土星的气体也要更少一些。
当然，这些气态巨行星的初始坍缩并没有结束它们的故事。它们的合并产生了巨大的热量，在高压的作用下，某些气体（尤其是氢气）会被液化。与此同时，行星本身进一步被压缩，被拉入新生行星的尘埃颗粒开始向下渗透到行星的中心，创造了内部“发电厂”，行星通过这些“发电厂”产生的能量比它从太阳接收到的还要多。同时，留在行星轨道周围的富含冰的物质也开始合并，形成了庞大的卫星家族。
“在几百万年的时间里，稀疏散落的尘埃碎片之间的偶然碰撞导致它们粘在一起，最终形成小行星大小的岩石，其引力足以从周围吸收更多的物质。”
棘手的冰巨人
不幸的是，天王星和海王星这两个靠外的“巨人”，给这一整齐的太阳系形成模型出了一个难题。它们几乎完全由挥发性冰组成，只含有少量的氢和氦，这表明它们是在木星和土星形成之后的一段时间才形成的，此时增强的太阳风几乎扫清了来自原行星云中较轻的气体。以它们目前到太阳的距离，要想积累如此多的冰，需要一个长得不可思议的时间尺度，也许长达1亿年。因此，许多天文学家认为“冰巨人”形成的时候与太阳的距离比现在要近得多，它们那时与木星和土星位于同一区域，是由较大行星形成后存留下来的冰原料形成的。随后，发生了一次对太阳系造成灾难性影响的大事件，天王星和海王星才迁移到现在的轨道上。
与此同时，内太阳系的事件则进展缓慢。在几百万年的时间里，这一区域中稀疏散落的尘埃碎片之间的偶然碰撞导致它们粘在一起，最终形成小行星大小的岩石，其引力足以从周围环境中吸收更多的物质。在大约1 000万年的时间里，太阳系内部的大部分物质都集中在几十个被称为星子（planetesimals）的天体中，每个星子与我们月球的大小差不多。根据日本东京大学科学家的一项研究，由于形成它们的星云残余物的刹车效应（编注：高速运动的物体突然停下后的惯性运动），这些天体将或多或少按圆形轨道运动。在接下来的1亿年左右，与较远但质量更大的巨行星的引力相互作用扰乱了星子的轨道，将其中一些星子推到相互碰撞的路径上，另外一些被送到太阳里面毁灭掉了，而更多的星子则被抛进了寒冷的星际空间。碰撞和合并的星子最终形成了我们今天所知的类地行星。
2009年，天文学家利用哈勃空间望远镜的先进巡天相机（Ad-vanced Camera）研究了著名的猎户座恒星形成区，揭示了其中前所未有的细节。这幅图像显示了该星云中42颗新生恒星周围的原行星盘（pro-toplanetary discs，又称为proplyds）的踪迹。
未解之谜
当然，这个模型并没有回答所有关于行星形成的未解之谜。最重要的是，它没有解释一项明显的事实：内行星最终的轨道是如此的整齐、如此的圆（低偏心率）。曾经有一段时间，这被认为是形成过程带来的不可避免的结果，但是当代天文学家们发现，许多太阳系外行星有着非常奇怪的轨道，表明情况肯定不是以前认为的那样。一种可能的解释是，内太阳系中的圆轨道与行星形成后发生的迁移过程有关。
另一个有趣的问题是涉及行星的轨道特征的。除了轨道偏心率问题之外，吸积模型应该产生非常一致的特征——行星的公转轨道应该精确地位于从太阳赤道延伸出的平面内，它们的自转轴应该是垂直于该平面，而不是倾斜的，而实际情况正好相反，几乎每颗行星的轨道和自转轴都偏离了理想状态，有的甚至偏离得非常明显。
这是一幅显示了火星复杂地形的假彩色图像，从图中可以看出火星南北半球之间存在明显差异。在行星迁移期间受到的破坏性影响，可能形成了今日火星北部平原的巨大冲击盆地（）。