45亿多年前，地球的种子就已经到位，就像我们太阳系最早的部分开始形成一样。 在银河系的某个地方，一大片气体坍塌，产生了数千颗新的恒星和恒星系统，每一颗都是独一无二的。 有些恒星的质量比我们的太阳大得多; 大多数要小得多，质量也低得多。 大约一半的星系中有多颗恒星; 大约一半的恒星是由它们的孤星形成的，就像我们的恒星一样。 随着这些原恒星的坍缩和冷却，它们核心的温度和密度会上升。 在跨过核聚变点火的门槛后，我们的母星太阳正式“诞生”为一颗活星。
但这些新生的明星并不孤单。 几乎在它们中的每一个周围，大量的物质被凝结成一个圆盘。 这些被称为原行星盘，将成为最终在这些恒星周围稳定形成的每颗行星的起点。 随着过去几十年望远镜技术的进步，我们已经开始对这些圆盘及其细节进行第一手成像，并了解行星形成在早期阶段的样子。 太阳诞生后不久，围绕它形成了一个行星系统，最终导致了现代太阳系。 我们第一次亲眼目睹了像我们这样的行星系统是如何形成的。
20个围绕年轻恒星运行的原行星盘的样本，由高角分辨率项目的圆盘子结构测量：Dsharp。 诸如此类的观测告诉我们，原行星盘主要形成于一个平面，并倾向于支持行星形成的核心吸积情景。 圆盘结构可以在红外线和毫米波长下看到。 我们最近了解到，在1-200万年后，原行星盘中开始形成间隙，而年轻的盘则没有这种子结构。 **s.m.Andrews 等人，APJL，2018 年。
从理论上讲，在新生恒星周围形成行星的过程非常简单。 每当您有像气体云这样的大质量时，您可以预期会发生以下步骤：
大部分质量被吸引到一个中心区域，一个或多个大团块会长成原恒星，当周围的三维气体坍缩时，首先一个维度被折叠（形成一个圆盘），然后圆盘中的缺陷就会增长，优先吸引物质并形成行星的种子，当来自新形成恒星的高能粒子和风与该物质相互作用时， 最终沸腾和蒸发挥发性化合物，持续一段时间，只留下一组完全形成的行星、卫星和其他物体。
由于长波长观测对加热尘埃等细节非常敏感，我们现在可以直接观测这些原行星盘。 值得注意的是，我们发现有证据表明，这些行星种子 - 或原行星盘中的缺陷 - 在恒星系统历史的早期开始出现：在原恒星点燃成为恒星之前的200万年内。 然而，这些原行星盘不会持续很长时间，因为它们将在数千万年后完全蒸发。 在早期的物质被吹走后，留下的东西最终会成为一个成熟的行星系统。
在一个由单个原恒星主导的系统中，将有由多条线定义的主要区域，包括每个特定分子物种的烟尘和霜线。 尽管在圆盘中生长的缺陷，积累超过一定质量阈值的大气体包层，可以很好地描述在我们的太阳系和许多其他行星中形成的行星，但它们并不能解释在太阳 - 海王星距离之外发现的巨型行星。 **nasa/jpl-caltech/invader xan
对于我们的太阳系来说，很久以前，情况是一样的。 最初，只有一团原始的气体云，所有的行星都是从中形成的，由各种元素组成：主要是氢（大**遗留下来的），其次是氦（大部分是大**遗留下来的，但部分是由前几代恒星形成的），以及所有较重的（都是由前几代恒星和恒星大灾难形成的）， 元素周期表的上下。你越接近新形成的恒星，最轻的元素就越容易被吹走和蒸发。 在很短的时间内，每个年轻的恒星系统将发展出三个不同的区域：
只有金属和矿物才能凝结成行星的中心区域，可以形成含有碳化合物的岩石和巨型世界的中间区域，以及水、氨、甲烷和氮等挥发性分子可以持续存在的外部区域。
内部两个区域之间的边界称为烟尘线，其内部会破坏称为多环芳烃的复杂碳化合物。 同样，两个外部区域之间的边界被称为霜冻线，在它内部会阻止您形成稳定的固体冰。 （事实上，有多条霜线：每种挥发性化合物一条。 这两条线都是由恒星的热量驱动的，随着恒星的升温和演化，它们会随着时间的推移向外迁移。
有趣的是，JWST发现了第三条可能出乎意料的“线”，因为在附近数亿年前的恒星Fomalhaut周围发现的碎片盘显示了小行星带类似物，柯伊伯带类似物和第三个中间区：一个意想不到但令人兴奋的发现。
Fomalhaut星系的结构在这张带注释的JWST图像中首次被揭示。 一个**内盘，然后是一个（可能是行星引起的）间隙，一个中位数，更多的行星（和另一个间隙），最后是一个柯伊伯带类似物，以及内部新形成的被称为“大尘埃云”的东西，被揭示出来。 **nasa、esa、csa、a.Gáspár（亚利桑那大学）等人，《自然天文学》，2023 年。
当恒星继续将轻元素融合到其核心的较重元素中时，原行星盘中的缺陷会形成团块。 随着时间的流逝，这些原行星团块将通过从其轨道内吸积额外的物质以及从离圆盘稍近和稍远的外部物质吸入而增长。 产生的团块越多，它们彼此越接近，它们相互干扰的机会就越大。 随着时间的流逝，各种团块（称为原行星）可以：
合并和碰撞，在引力作用下相互弹射，甚至将一两个物体扔进太阳或更大的原行星。
当我们进行模拟并让行星成长和演化时，我们会发现一个非常混乱的历史，这是每个形成的行星系统所独有的。
当谈到我们自己的太阳系时，正在展开的宇宙故事不仅壮观，而且在许多方面出乎意料地暴力：充满了许多潜在的行星，这些行星最终被附近更大规模的恶霸摧毁。 在我们早期太阳系的内部，很可能我们在早期有一个相对较大的世界，它可能在我们的宇宙青年时期就被我们的太阳吞噬了。 没有什么能阻止一个巨大的世界在内太阳系中形成; 事实上，我们只有一个靠近太阳的岩石世界，这一事实告诉我们，在早期可能还有其他东西。 最大的行星可能是由早期的大质量种子形成的，可能有四个以上。 为了获得气态巨行星的当前配置，我们进行的模拟似乎表明，在很久以前的某个时候，至少有第五颗巨行星被抛射出来。 与此同时，木星开始向太阳靠拢，清除了早期在那里形成的任何低质量世界，并随着时间的推移向外迁移。
直到数百万年后，当我们的太阳系最初形成时，留下的原始物质要少得多，现在的内部岩石世界才开始形成。 它们的形成来得很晚，这解释了为什么现在在我们内太阳系中发现的行星与我们发现的更大、更外、富含气体的行星相比，质量如此之低。
火星和木星之间的小行星带很可能是我们原来的霜冻线的残余。 可能有稳定冰的边界应该导致大量的冰和岩石混合物，其表面冰在数十亿年的时间里已经大部分升华，导致了目前富含岩石和金属的小行星组成。
与此同时，除了我们最后的气态巨行星外，太阳系早期阶段遗留下来的小行星今天仍然存在。 尽管它们可能会合并在一起，碰撞，相互作用，偶尔会被引力弹弓扔进内太阳系，但它们在很大程度上仍然在海王星之外，作为我们太阳系最年轻阶段的遗迹。 在许多方面，这些柯伊伯带和奥尔特云天体是银河系宇宙角自成立以来最古老、最原始的遗迹。
随着太阳系的演化，挥发性物质被蒸发，行星吸积，小行星合并在一起，轨道迁移到稳定的配置。 气态巨行星可能在引力上主导着我们太阳系的动力学，并可能随着时间的推移向外迁移，但就生命而言，内部的岩石行星是所有有趣的生物化学发生的地方。 **astromark/wikimedia commons
但就我们的目的而言，最有趣的地方是内太阳系。 虽然我们已经了解到大质量行星在系外行星系统的内部很常见，其核心是类太阳恒星，但它们并不是强制性的。 摆脱任何早期大质量行星的最简单方法是要么被年轻的太阳吞噬，要么让最内层的气态巨行星在早期阶段靠近内部区域，但随后向外迁移。 无论哪种方式，某些东西都推迟了内太阳系行星的形成，使得已经形成的四个世界——水星、金星、地球和火星——比已经形成的巨型外行星小得多，质量也小得多。
一旦内太阳系能够稳定地形成行星，我们仍然会留下任何元素，我们知道这些元素在我们今天的行星密度测量中大多是重元素，我们太阳系的岩石行星出现了。 每一个都有一个由重金属制成的地幔，伴随着一个由密度较低的地幔制成的地幔，这些地幔由后来落在核心上的物质制成，包括挥发物，如果它们没有被锚定在霜冻线内的行星上，这些物质就会被煮掉。 经过数百万年的演化和形成，这些行星的大小和轨道与今天的行星相似。
当太空中的两个物体相撞时，无论是小行星、月球、岩石行星，甚至是巨型行星，都会产生一大片阻挡光线的碎片云。 当这片云相对于外部观察者从其母星前方经过时，这颗恒星将显得微弱而暗淡。 其中许多碰撞可能发生在我们早期太阳系的小行星之间，创造了一组迷人的行星和月球系统。 **nasa/jpl-caltech
但有一个巨大的区别：在这些早期阶段，地球没有我们的月球。 事实上，火星也没有卫星。 可能不仅有四颗年轻的行星，而是六颗：一颗和火星一样大但离地球更近的年轻行星，叫做忒伊亚，还有一颗尚未命名的行星，它离火星更近，质量可能比红色星球小。 在地球和火星有卫星之前，它们就像金星和水星一样：孤立的世界，只需要担心其他大质量物体与它们相撞或重力扰动。 只有在发生重大撞击之后，才会出现围绕火星的地月系统或卫星系统。
怎么会这样？ 通过某种类型的大规模撞击，一个巨大的质量撞击了这些早期世界之一，引发了行星碎片，其中一些碎片将落回母行星上，但其中一些最终会合并成一颗或多颗卫星。 对于地球来说，这个想法并没有被特别重视，直到我们去月球并调查了我们在月球表面发现的岩石。 令人惊讶的是，月球的稳定同位素比与地球相同，而太阳系中的所有其他行星的同位素比值不同。 此外，地球的自转和月球绕地球的轨道方向相似，月球有铁核，所有的事实都指向地球和月球的共同起源。
巨型撞击假说指出，一个火星大小的物体与早期地球相撞，没有落回地球的碎片形成了月球。 这被称为巨型撞击假说，虽然这是一个引人入胜的叙述，但它可能只有真相的元素，而不是一个完整的故事。 所有拥有大卫星的岩石行星都可以通过这种碰撞获得它们。 **nasa/jpl-caltech
最初，关于这种碰撞如何发生的理论被称为巨型撞击假说，理论上涉及原始地球与被称为忒伊亚的火星大小世界之间的早期碰撞。 冥王星系统有五颗卫星，火星系统有两颗卫星（可能曾经是三颗），它们都显示出类似的天文学证据，表明它们是由很久以前的巨大撞击产生的。
然而，巨型撞击假说，至少在其原始形式中，已被证明会带来难以与实际数据相协调的问题。 现在，对于一个速度明显高于相邻轨道上另一颗行星的物体来说，更小（但仍然非常大）的撞击会更好，这可能是我们月球的创造。 与原始地球的高能、高速碰撞可能会在我们的世界周围形成一个碎片盘，而不是最初的巨大撞击概念，一种新型的蓬松环状结构围绕着我们的星球，称为联觉。 同时，撞击器的核心将进入地球内部，在那里它不仅会与地球核心融合，甚至可能保持内部完好无损，地球物理证据将在数十亿年后向人类揭示它的存在。
联想将由来自较大质量行星原行星的汽化物质和一个较小的撞击器组成，这些撞击器将通过小型卫星的合并在内部形成一个或多个大卫星。 能够创造一个大卫星，具有我们观察地月、多个卫星（例如火星或冥王星周围的卫星）或围绕更高质量世界的更复杂的系统，这是一个一般的情况。 **s.j. lock et al.， j. geophys.研究， 2018
月球有四个主要属性，对于任何成功的起源理论都必须解释这些属性：
为什么只有一个大月亮而没有很多，为什么地球和月球之间的元素同位素比率如此相似，为什么月球中适度挥发性的元素会耗尽。
以及为什么月球相对于地球-太阳平面倾斜。
同位素比率对于巨型撞击假说特别有趣。 地球和月球之间相似的同位素特性表明，如果撞击器（忒伊亚）和地球都很大，它们必须以与太阳相同的半径形成。 这是可能的，但是通过这种机制形成月球的模型没有给出正确的角动量特性。 同样，具有正确角动量的掠夺性碰撞会产生与我们所看到的不同的同位素丰度。
这就是为什么另一个较新的场景——联觉——如此吸引人。 如果你在一个更小、质量更小的天体和我们原来的地球之间发生快速、高能的碰撞，你就会在地球周围形成一个巨大的环状结构。 这种结构称为联觉，由原始地球和撞击物体混合物的汽化材料制成。 随着时间的流逝，这些物质在短时间内混合在一起形成许多迷你卫星（称为迷你卫星），这些卫星可以粘在一起并引力形成我们今天观察到的月球。 同时，联觉中的大部分物质，尤其是内部物质，都会落回地球。 我们现在可以从产生像我们这样的大卫星的广义结构和场景的角度来谈论它，而不是单一的、人为的巨型撞击，并注意到在太阳系的早期阶段，类似的事情可能发生在火星上。
地球形成大约5000万年后，它被一个火星大小的大物体忒伊亚击中。 碰撞的后果使地球过热并引发了大量碎片，其中很大一部分最终形成了月球。 其余的要么从地月系统中逃脱，要么落回两个天体之一。 虽然月球的背面冷却得更快，但由于面对炎热的地球，近侧保持更热的时间要长得多。 这是解释面向地球的月球与地球相反的半球之间差异的主要场景之一。 **mark a. garlick
几乎可以肯定的是，在太阳系的早期阶段，与一个外星轨道外物体发生了高能碰撞，撞击了我们年轻的地球，而这种碰撞对于产生我们的月球是必要的。 但它很可能没有今天的火星那么大，而且几乎可以肯定，这是一次坚实的撞击，而不是一瞥。 形成的结构不是岩石碎片云，而是一种称为联觉的新型膨胀、汽化圆盘，它已迅速成为一般岩石行星周围形成卫星的首选方案。 随着时间的流逝，这种联觉稳定下来，形成了我们今天所知道的地球和月球，月球最初非常接近地球并且非常热，随着时间的推移冷却并向外螺旋。
在太阳系早期阶段的末期，生命条件是有希望的，大气稀薄的岩石行星的原材料位于适当的距离，液态水可以稳定地存在于其表面。 随着火山活动从地球内部喷出水，并在太阳系早期历史的猛烈轰炸中从外星带到我们的星球，我们完全有理由认为一个年轻、贫瘠的地球可能适合居住。 有了一颗中心恒星，三个富含大气层的岩石世界（包括金星和火星），生命所需的原始元素，以及更远的气态巨行星，所有的碎片都为生命的出现做好了准备。 我们知道，我们很幸运，因为人类已经出现。 但有了这种新的理解，我们也认为，像我们这样的生命的可能性已经在整个银河系的其他地方发生了数百万次甚至数十亿次。