地球所处的太阳系看上去秩序井然,由内而外,八大行星全部在同一平面上围绕太阳公转,就算将目光投向太阳系的边缘,遥远的柯伊伯带也遵循着同样的运行方式,位于地球公转的平面上。
太阳毕竞是个圆球,但它“下辖”的行星全都位于同一个平面,不由得让人感觉非常奇怪。而且,在科学家已经观测到的所有系外恒星系中,那里的行星绝大多数情况也都在同一平面上运行。所以,“行星共面”的现象不是一种巧合,其背后应该隐藏着特定的科学原理。
为了揭示这一科学原理,我们要让时光倒流,回到45亿年前太阳形成之初的时候。
当时,太阳还只是一团巨大的、不断旋转的尘埃和气体云——宇宙中的所有新生恒星都是由此演化而成的。由于这团气体云体积太大(直径约为12000个天文单位,1个天文单位为地球与太阳的平均距离,相当于1.5亿千米),尽管其中只有尘埃和气体,但在自身重力的作用下,它还是出现了塌陷和收缩。
随着这团不断旋转的尘埃和气体云开始坍缩。它还变得越来越扁——想象一下比萨饼的制作过程,一块大面团在不断地旋转之后会变成一张近似圆形的面饼。与此同时,在这团越来越扁平的气体云中央,所有气体分子都紧紧挤在一起,温度也变得越来越高。在这种极端的高温高压之下,氢原子开始聚变成氦原子,就此开始了一场数十亿年未曾间断的核反应。
一颗幼年恒星从此诞生,这就是我们的太阳。在接下来5000万年的时间里,太阳一直在不断成长,-边从四周收集气体和尘埃,一边释放出大量的热和辐射。随着太阳不断长大,太阳周围清理出了一圈“甜甜圈”式的空白空间。同时,“甜甜圈”外的气体云仍然在继续塌缩,结果在太阳周围形成了一个越来越扁、越来越大的圆盘。
终于,最初的一大团尘埃和气体云变成了一个围绕初生太阳旋转的扁平结构,名叫原行星盘。这个原行星盘的直径横跨数百个天文单位,但厚度却只有数十个天文单位。在原行星盘中,尘埃依旧一直在缓缓旋转,偶尔会彼此相撞,有些甚至会结合在一起,逐渐变成了数毫米长的颗粒。然后,颗粒与颗粒结合,又变成了数厘米长的小石块。这些小石块再继续相撞、继续结合,最终变成了一个个巨大的天体。这些天体大到一定程度之后,又在引力的作用下,逐渐被塑造成了球形的行星、矮行星和卫星。余下的其他一些尺寸较小的物质也没闲着,它们成为了形状不那么规则的小行星、彗星和小卫星。
虽然这些天体有大有小、形状各异,但因为构成它们的原材料都来自那张“比萨饼”——原行星盘,所以它们基本都位于同一个平面上。这就是太阳系的八大行星和其它天体,如今都在同一平面上围绕太阳公转的原因。