“希望不是确信某事会有好结果，而是确信某事有意义，不管结果如何。”——瓦茨拉夫·哈维尔

 

       我们太阳系共有内外八大行星，这些行星大小各异，分布在不同的轨道上，每一个都有自己独特的性质和环境，但是几乎所有的行星轨道都在同一个平面上，整个太阳系看起来就像一个中心凸起的扁平状圆盘。但这是为什么呢？

       各大行星的运行轨道基本处在同意平面，几乎很完美

       乍一看，这样完美的规律性，似乎非常不可能。看下图：这就是我们太阳系的实际情况。

       今天，我们能以非常高的精度绘制出了各大行星的运行轨道，我们发现它们都在同一个二维平面上绕着太阳公转，其轨道平面最多相差7°。

       事实上，如果我们把水星，这个最内层、轨道最倾斜的行星从太阳系中拿出来，就会发现其他所有的行星都排列得很整齐：与太阳系基准平面的偏差（或者说与行星的平均轨道平面）只有2度左右。

       行星的旋转轨道平面也与太阳的自转轴基本垂直（太阳本身也在自转）。太阳自转轴与所有行星轨道的偏差当然也在7°范围内。

       这么有规律的秩序和我们的直觉相反，让人觉得除非有什么东西导致这些行星都被夹在同一个平面内。因为我们认为轨道的方向完全可以是随机的，引力（使行星保持稳定轨道的力）在所有的三维空间中都是一样的。

       因此我们可能会认为太阳系更像是一群蜜蜂一样，而不是一组漂亮、有序的近乎完美的圆圈。其实这样想也没有错，如果我们远离太阳系，在行星和小行星之外，在哈雷彗星的轨道之外，在柯伊伯带之外、甚至在奥尔特云之外，我们就会看到一个凌乱的太阳系。看下图

       那么，究竟是什么导致了我们的行星形成一个圆盘？在一个平面上绕太阳运行，而不是作为一个群体？

       为了理解这一点，让我们回到太阳系最初形成的时候：从一个气体分子云开始，正是它产生了宇宙中所有的新恒星。

       当一团分子云的质量足够大，受到引力的束缚，并且温度足够低，就会在自身重力的作用下收缩，就像左上的烟斗星云，它将形成密度足够大的区域，在这些区域会产生新的星团（右上圆圈中的点）。

       我们会注意到，这个星云以及任何类似的星云并不是一个完美的球体，而是呈现出了不规则、细长的形状。而引力十分挑剔，容不得任何瑕疵，只要存在微小的不均匀就会其崩塌，而且引力还是一种与距离呈平方反比的力，当与一个大质量物体的距离减半时，引力就会增加四倍，气体云在初始形状上的微小差异就会在短时间内极大地放大某个方向上的引力。

       结果就会形成一个形状极不对称的恒星形成星云，恒星形成的地方正是气体密度最大的地方。问题是，当我们看里面的单个恒星时，它们是非常完美的球体，就像我们的太阳一样。

       但就在星云本身变得非常不对称的时候，星云内部形成的单个恒星来自于星云内部不完美、密度过大、不对称的团块。

       这些团块首先会在三个维度中的一个方向上首先坍缩，因为正常物质（由原子核和电子组成的原子）相互碰撞时就会发生电磁相互作用，并且会粘（结合）在一起，最终会形成一个扁平的圆盘，或称物质圆盘。同时万有引力会把大部分物质拉向中心，也就是恒星形成的地方，但在它的周围，我们会看到所谓的原行星盘。哈勃太空望远镜已经直接观测到了这些圆盘！其直接证明了我们的行星形成理论是正确的。

       所以从一开始我们就得到一个在平面上更整齐的原恒星系，而不是一个随机聚集的球体。要进入下一步，形成行星，就必须等靠理论建模模拟了，因为在一个年轻的恒星系中，行星形成过程至少得需要百万年以上，我们不能去长时间的观察。

       原行星盘在一个维度上经历“坍缩”以后，会随着越来越多的物质被吸引到中心而继续收缩。但是当大部分的物质被汇集到内部时，大量的物质会在这个圆盘中稳定的旋转。

       为什么呢？

       这个过程有一个物理量必须守恒：角动量，它可以告诉我们整个系统（气体、尘埃、恒星）本质上是如何旋转的。这就意味着整个圆盘中的所有物质都需要大致沿着相同的方向（顺时针或逆时针）运行。随着时间的推移，圆盘达到稳定的大小和厚度，然后小的引力不稳定性开始将在圆盘中创造出行星。

       当然，在行星盘的不同部分之间存在细微的差异（以及相互作用的行星之间的引力效应），在初始条件上也存在细微的差异。在中心形成的恒星不是一个单一的点，而是一个延伸了大约一百万公里的物体。当你把所有这些因素放在一起，就会导致所有行星不是在一个完全标准的平面上，但是会非常接近。

       事实上，直到2015年，科学家才发现了第一个超越我们自己的行星系，我们在一个原行星圆盘上发现了形成新行星的过程。

       上图左上方的年轻恒星位于一个星云区域的外围，距离约450光年，周围环绕着一个原行星盘。这颗恒星本身只有大约100万年的历史。ALMA——“阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜”，在毫米波段测量了这个原行星盘，并为我们返回了下面的图像。

       它起来显然是一个圆盘，所有的物质都在同一个平面上，但是圆盘里面有黑色的“缝隙”。这些间隙分别对应一个年轻的行星，它吸引了附近所有的物质！我们不知道哪一个行星会合并在一起，哪一个会被踢出去，哪一个会向内迁移并被它们的母星吞噬，但是我们正在见证一个年轻的太阳系发展的关键步骤。

总结：那么为什么所有的行星都在同一个平面上呢？

       因为它们是由不对称的气体云形成的，气体云首先向最短的方向坍缩，“啪”的一声所有的物质先粘成了一个圆盘，然后物质向内收缩，但最终绕着中心旋转，行星形成于年轻物质盘的微小密度缺陷，因此它们最终都在同一平面上绕轨道运行，彼此之间最多只有几度的差异。

       这又是一个非凡的宇宙故事，通过理论模拟和现在对宇宙本身的观察，这个故事再一次表明了，我们最好的科学理论和宇宙的实际情况之间存在着惊人的一致性！