太陽和行星形成以后，經過幾十億年的漫長演化，已基本形成了一個穩(wěn)定的天體系統。所有行星在自轉的同時，都在圍繞著太陽做公轉運動。不過種種跡象表明，5.8億年前的太陽系與現在的太陽系在成員上有很大的不同，那時的太陽系沒有冥王星，地球也沒有月球為伴，在太陽系的空間范圍內，尚沒有彗星出現；且在火星與木星之間運行著的是一顆類地行星，而不是現在的小行星帶。我們是根據什么做出這些推斷的呢？這還要從行星的軌道分布說起。
太陽系行星的分布是有一定規(guī)律的，各行星的軌道半徑都符合提丟斯——波得定則。按照這一定則，人們猜想，在火星與木星之間，軌道半徑在2.8天文單位的地方，應該運行著一顆大行星。1801年元旦之夜，意大利西西里天文臺臺長皮亞齊，果然在這一區(qū)域發(fā)現了一顆行星。但一經測算，未免令人感到遺憾，因為這顆行星的體積和質量簡直太小了，直徑不足800公里，質量只有地球質量的0.0002倍，根本無法與其他軌道行星相比，于是，把它命名為“小行星”。這就是人類發(fā)現的第一顆小行星——谷神星。1802年，德國天文愛好者奧伯斯發(fā)現了第二顆小行星——智神星；1804年，德國天文學家哈丁發(fā)現了婚神星；1807年，奧伯斯又發(fā)現了灶神星。隨著照相術在天文觀測上應用，闖入人們視野的小行星越來越多，迄今為止，發(fā)現并已正式編號的小行星已超過3700顆。據估計，在火星與木星之間的小行星可能有4萬多顆，它們在這一區(qū)域形成了一條小行星帶。
小行星的發(fā)現令天文學家們感到驚訝，在本應是大行星的軌道上，為什么運行的卻是一群小行星呢？
為了解釋小行星的起源，學術界可謂百家爭鳴。在小行星發(fā)現之初，人們就曾猜想，在火星與木星之間原有一顆像地球或火星那樣大的行星，因為不明原因而發(fā)生了大爆炸，小行星帶就是這顆類地行星爆炸后形成的。到了二十世紀，這種“爆炸說”觀點仍很盛行，蘇聯科學院院士奧爾洛夫主張把假想中的這顆行星命名為“法厄同”星。
針對小行星半徑較小的特點，美籍荷蘭天文學家凱珀提出了碰撞說。他認為，小行星是由5～10顆原行星碰撞碎裂而成的。他對小行星進行統計發(fā)現，半徑小于10公里的小行星，數目與半徑的關系大致符合由碰撞形成碎片的經驗公式。火星與木星軌道之間的區(qū)域，物質密度之所以特別小，則是由于木星掠奪造成的。
還有一種比較流行的觀點認為，小行星不是由大行星爆炸或撞碎產生的，而是由原始彌漫物質凝聚而成的。小行星的早期演化同大行星的發(fā)育差不多：先形成較小的星子，進而形成較大的行星胎。只是到后來，大行星的行星胎發(fā)育較正常，順利地長大為行星；相反，火星與木星之間因為密度低，行星“胎兒”都患了“營養(yǎng)不良癥”，除了極少數略大一點外，個個像“小人國”出來的侏儒。這一假說被稱為“半成品說”。
小行星的起源是太陽系演化的重要組成部分，由于小行星帶保留了太陽系演化過程中的許多信息，因而具有較高的研究價值。爆炸說主要從人為災變的角度探討了小行星帶的形成原因，這種觀點有很大的隨機性，涉及原因和機制等要害問題，依然是一片空白，因而無法得到科學的認證。碰撞說則把小行星帶的起源推到了太陽系形成初期，但這一假說一經推敲，卻是自相矛盾的。既然在同一軌道上能夠同時誕生幾顆行星，那么，它們之間的存在關系就是相對穩(wěn)定的，行星間不會發(fā)生碰撞，就像同軌道衛(wèi)星的運行情況一樣；否則，在同一軌道上，就不會有這樣行星的存在，也不會有行星碰撞事件的發(fā)生。“半成品說”把小行星的形成歸結為“流產的胎兒”，是發(fā)育不全的行星胎。實際上，這是把小行星帶的軌道位置賦予了特權地位，難以令人信服。
從理論上講，太陽系演化的某一時期，在小行星的軌道上運行著一顆大行星，爆炸說的這一前提論點與行星形成理論是相符的；而導致大行星爆炸，演變成小行星的原因，碰撞說的觀點又是比較合理的。但是，這種碰撞不應該發(fā)生在兩顆行星之間，那么，為什么不能是一個外來天體撞擊到了“法厄同”星，導致星體爆炸了呢？
早在1749年，法國博物學家布豐在解釋太陽系行星的起源時，就曾設想，有一顆來自星際空間的彗星與太陽發(fā)生了碰撞，從而誕生了行星。雖然這種災變說最終為人們所摒棄，但是，這一學說的觀點卻有極大的啟示性。因為在太陽系漫長的演化過程中，我們不能排除星際物質侵入太陽系的可能性，如果這類事件一旦發(fā)生，那么，太陽系行星的命運就難以預料了。
除此之外，我們還應該對太陽系的原始星云進行考察。因為天文學家們在望遠鏡中發(fā)現，銀河系中存在著許多雙星系統，僅在太陽附近81.5光年的范圍內，雙星就占了大約40%?？梢?，在恒星的世界中，具有引力關系的雙星系統占有相當大的比例。那么，太陽系的原始星云為什么沒有演化為雙星系統呢？是不是組成太陽伴星的物質與太陽發(fā)生了碰撞，而被吞食掉了呢？如果這一推斷成立，那么太陽系在演化過程中，就很可能發(fā)生過天體碰撞事件。
基于上述考慮，我們不妨對太陽系的演化作如下假設：在太陽系演化初期，不規(guī)則的原始星云在收縮旋轉過程中發(fā)生了斷裂，其中較大的一塊質量占總質量80%的原始星云，最終演化為原始的太陽；而較小的一塊原始星云，則脫離了原始星云的主體，以較大的速度被拋射出去，進入到了星際空間，但仍與太陽系保持著引力聯系。按照一般雙星間的距離估計，這塊較小星云團最遠可運動到距太陽系中心500～800天文單位之間。在漫長的星際運行過程中，這塊較小的星云團有相當一部分在星際空間彌漫散失，質量進一步減少，加之密度相對較低，最終也沒有達到形成恒星的臨界質量，因而沒有成為第二個太陽，太陽系也由此失去了成為雙星系統的機會。
在四十億年左右的時間里，這一星云體一直在太陽系外緣運動，受太陽萬有引力的作用，漸漸向太陽系靠攏，慢慢地以螺旋形軌跡進入了環(huán)繞太陽的運動軌道。5.8億年前，星云體運動至距太陽40天文單位處，在太陽萬有引力的作用下進入太陽系，從而引發(fā)了太陽系誕生以來最大的一場災變。
撞入太陽系的星云體，在運動過程中體積被拉長而呈帶狀。其中80%的物質徑直向太陽而去，被太陽所吞食；而剩余的20%物質，則與行星發(fā)生了激烈的碰撞與摩擦。星云體首先與“法厄同”星發(fā)生了正面碰撞，大量物質沖向行星表面，撞裂了星體的外殼，引發(fā)了“法厄同”星體的爆炸。爆炸使“法厄同”星由一個巨大的行星體，分裂成無數碎塊，碎塊廣泛分布于附近行星的軌道空間內，其中仍運行在原軌道上的碎塊，則形成了今天的小行星帶。這些剛剛誕生的小行星，在爆炸力和撞擊力的共同作用下，軌道半徑發(fā)生了很大變化，個別小行星運動至地球和金星軌道之間，而有的則運動到了木星軌道之外。
星云體裹帶著“法厄同”星熾熱的爆炸碎塊繼續(xù)向太陽系中心飛馳，進入了火星軌道。由于火星質量較小，只相當于地球的0.11倍，因此，只吸引了較少的星云體轉化為火星的大氣，并俘獲了兩塊質量較小的星體碎塊繞其旋轉，這就是火衛(wèi)一和火衛(wèi)二。
星云體穿過火星軌道進入地球引力區(qū)，這時有一個相當于地球質量1.23%的星體碎塊被地球俘獲，形成了地球的天然衛(wèi)星——月球。按理說，這時的地球同時俘獲了許多小質量的星體碎塊，但是在地月之間無法形成穩(wěn)定的運行軌道，最終都墜落到了地球和月球表面，太平洋和月球上的環(huán)形山就是在這一時期形成的。月球形成之初，溫度較高，以液態(tài)物質為主，因而在自身引力作用下，形成了標準的球體。同時，月球從星云體那里也吸引了一些物質，組成了自己的大氣；但受地球的影響，這些大氣最后又都散發(fā)了。
星云體不僅給地球送來了月球，同時也給地球帶來了大氣和豐富的礦藏。大量天外物質撞向地球，在地球表面引發(fā)了大規(guī)模的火山爆發(fā)和地殼移動。
碰撞釋放出了大量的熱量，使地球溫度急劇升高，地表層低熔點物質被蒸發(fā)到大氣層中。此時大氣層中混雜著俘獲不久的星云氣體和地面各種蒸發(fā)物，極為渾濁、不透明。經過幾百萬年以后，地球向太空散發(fā)了大量的熱量，大氣開始冷卻，大氣層中的一些高熔點物質和比重較大物質陸續(xù)降落到地面。其中，星云體中各種元素組成的礦物質在地殼表層形成了各種礦藏，如石油、煤炭、天然氣和各類金屬、非金屬礦藏。又過了幾百萬年，大氣層中的氫和氧發(fā)生了化學反應，生成了水分子；隨著溫度的下降，大量水分子降落到地表，形成了今天的海洋。海洋形成以后，通過水的調溫作用，使地球表面出現了相對穩(wěn)定的恒溫世界，這時的大氣層開始漸漸透明，一個蔚藍色的星球在太陽系中誕生了。在4.5億年前，生命的演化的歷程開始啟動，碳氫有機化合物在海洋中匯集，形成了孕育生命的“原湯”，由此揭開了地球上生命繁衍的序幕。
越過地球軌道，星云體繼續(xù)前行，進入金星的引力范圍。由于星云體是在金星運動的后方切入金星軌道的，被金星引力吸引的星云體逆金星自轉方向旋轉，軟摩擦及引力的逆向牽引，改變了金星的自轉方向，使原來自西向東的旋轉發(fā)生了逆轉，于是形成了金星今天這種自轉方向和公轉方向相反的運動情形。在金星周圍，“法厄同”星的爆炸碎塊也形成了幾個天然衛(wèi)星，但由于這些衛(wèi)星的公轉方向與金星的自轉方向相反，經過幾千萬年至上億年的演化，軌道半徑越來越小，最終墜落于金星表面。這也許是金星沒有衛(wèi)星和大氣如此混濁的原因吧。
星云體掠過金星繼續(xù)前行，飛臨今天的水星軌道半徑區(qū)。在傳統理論中，水星是在太陽系星云盤中產生的九大行星之一，但是，從水星的自身條件來看，這種觀點卻很難站得住腳。
水星距離太陽最近，軌道半徑只有5800萬公里，與太陽相比，水星的質量只是太陽質量的600萬分之一，半徑只有太陽半徑的280分之一。如果把太陽比作一個西瓜，那么水星只有芝麻粒大小。在近距離范圍內，要想產生對比如此懸殊的天體，是不合情理的。然而，如果把水星的直徑4880公里與衛(wèi)星相比，就會發(fā)現，水星的大小正好落在巨族衛(wèi)星之列，與木衛(wèi)四和土衛(wèi)六極其接近。水星表面和月球一樣，凹凸起伏，環(huán)行山星羅棋布，還有山脈、陡壁懸崖、盆地和平原，與衛(wèi)星的地表特征相似。水星的運動特征也具有一定的特殊性，水星繞太陽運行的軌道偏心率只有0.2056，除冥王星以外，在九大行星中水星的軌道最扁；它的軌道傾角也是除冥王星以外最大的一個；水星的公轉速度平均為48公里/秒，是太陽系中運動速度最快的行星。
因此，我們有理由認為，水星與衛(wèi)星及小行星具有共同的起源，是太陽俘獲了“法厄同”星的爆炸碎塊形成的。起初，在太陽周圍形成了許多類似水星的行星，但是，這些行星受太陽和金星引力的影響，沒能形成穩(wěn)定的運動軌道，最終都被淘汰了。水星在形成之初也是有大氣的，但和月球大氣一樣又都散失掉了。
星云體和“法厄同”星的爆炸碎塊混合物繼續(xù)前行，在軌道近日點接近太陽。這時，絕大部分物質在太陽周圍形成了物質環(huán)，繞太陽旋轉，最終被太陽所吞食；而一少部分物質則在慣性力的作用下，擺脫了太陽的束縛，向太陽系邊緣沖去。
殘余的星云體在向太陽系邊緣的運動過程中，再次穿越木星和土星軌道，與木星和土星發(fā)生了近距離接觸，大量的氣體云被木星和土星所俘獲，冷卻后降落于星體表面，使這兩個行星體積急劇增大，變成了液態(tài)巨行星。由此可知，木星和土星的核是一個類地行星。由于木星和土星質量增大，引力作用加強，因而俘獲了大量“法厄同”星的爆炸碎塊，形成了各自衛(wèi)星系統和光環(huán)。
越過木星和土星軌道，余下的星云體繼續(xù)前行，進入了天王星和海王星的引力區(qū)。這時，有一塊星云體混合物撞擊在天王星的側面，使天王星整個星體發(fā)生了翻轉，改變了自轉軸的方向，于是形成了黃赤交角為97.9度的奇怪現象。與木星和土星一樣，天王星和海王星通過萬有引力俘獲了大量的星云氣體混合 物，由一顆類地行星變成了類木行星，形成了各自的大氣和衛(wèi)星系統。
在海王星俘獲衛(wèi)星的過程中，曾有一“法厄同”星的爆炸碎塊被海王星的引力吸引，但由于速度太快，距離過遠，而沒能被海王星俘獲成為衛(wèi)星；然而，這一物質團塊卻在海王星引力的作用下，偏離了原來的運動方向，進入到了環(huán)繞太陽運動的行星軌道，這就是冥王星。因此上說，冥王星是繼水星之后，星云體混合物在太陽系內形成的第二顆大行星。由于體積太小，2007年8月24日國際天文學聯合會舉行大會投票決定，不再將傳統九大行星之一的冥王星視為行星，而將其列入“矮行星”。
冥王星與水星一樣，也保留了混合氣云團的一些運動特征。冥王星的軌道偏心率為0.25，是九大行星中最大的；相對黃道面的軌道傾角為17.2度，也是太陽系行星中最大的。在近日點，距太陽僅29.8天文單位，它已走進海王星的軌道之內。這些特征說明，冥王星不是在星云盤中形成的標準行星。
當星云體和比例極小的“法厄同”星的爆炸碎塊混合物沖向太陽系邊緣時，在50～100個天文單位的地方形成了一條環(huán)狀氣體云帶，這就是天文學家們所說的奧爾特云。在這條云帶中，偶爾也有一些小的氣體云團在行星引力作用下，脫離母體從太陽系邊緣折回，形成彗星的候選區(qū)——柯伊伯帶，當這些摻雜著固體碎塊的混合物再次接近太陽時，這就是我們所見到的彗星。因此，彗核具有類地行星的化學成分，否則在接近太陽時會蒸發(fā)掉。而彗發(fā)則以原始星云的化學成分為主，在遠離太陽溫度很低的情況下凝為固體，在接近太陽時受熱噴發(fā)，像飄逸的長發(fā)。
由于奧爾特云距離海王星較近，且存在著一個質量集聚中心，因而奧爾特云的萬有引力作用，將使海王星偏離正常的運行軌道，在徑向方向上發(fā)生位移，這就是人們總是無法準確預報海王星位置的原因。過去，為了解釋海王星的軌道偏離現象，天文學家們曾一度猜測，在太陽系邊緣還應該存在第十顆大行星，殊不知海王星異常的運動軌跡，是奧爾特云引力作用的結果。
這就是太陽系5.8億年前所經歷的那場災變，正是由于這場災變，極大地改變了太陽系的組成和結構，也正是這場災變，給地球帶來了生命的契機。
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