是什麼力量“壓著”行星軌道，讓它們幾乎處在同一平面上？

“希望不是確信某事會有好結果，而是確信某事有意義，不管結果如何。”——瓦茨拉夫·哈維爾

我們太陽系共有內外八大行星，這些行星大小各異，分佈在不同的軌道上，每一個都有自己獨特的性質和環境，但是幾乎所有的行星軌道都在同一個平面上，整個太陽系看起來就像一箇中心凸起的扁平狀圓盤。但這是為什麼呢？

各大行星的執行軌道基本處在同意平面，幾乎很完美

乍一看，這樣完美的規律性，似乎非常不可能。看下圖：這就是我們太陽系的實際情況。

今天，我們能以非常高的精度繪製出了各大行星的執行軌道，我們發現它們都在同一個二維平面上繞著太陽公轉，其軌道平面最多相差7°。

事實上，如果我們把水星，這個最內層、軌道最傾斜的行星從太陽系中拿出來，就會發現其他所有的行星都排列得很整齊：與太陽系基準平面的偏差（或者說與行星的平均軌道平面）只有2度左右。

行星的旋轉軌道平面也與太陽的自轉軸基本垂直（太陽本身也在自轉）。太陽自轉軸與所有行星軌道的偏差當然也在7°範圍內。

這麼有規律的秩序和我們的直覺相反，讓人覺得除非有什麼東西導致這些行星都被夾在同一個平面內。因為我們認為軌道的方向完全可以是隨機的，引力（使行星保持穩定軌道的力）在所有的三維空間中都是一樣的。

因此我們可能會認為太陽系更像是一群蜜蜂一樣，而不是一組漂亮、有序的近乎完美的圓圈。其實這樣想也沒有錯，如果我們遠離太陽系，在行星和小行星之外，在哈雷彗星的軌道之外，在柯伊伯帶之外、甚至在奧爾特雲之外，我們就會看到一個凌亂的太陽系。看下圖

那麼，究竟是什麼導致了我們的行星形成一個圓盤？在一個平面上繞太陽執行，而不是作為一個群體？

為了理解這一點，讓我們回到太陽系最初形成的時候：從一個氣體分子云開始，正是它產生了宇宙中所有的新恆星。

當一團分子云的質量足夠大，受到引力的束縛，並且溫度足夠低，就會在自身重力的作用下收縮，就像左上的菸斗星雲，它將形成密度足夠大的區域，在這些區域會產生新的星團（右上圓圈中的點）。

我們會注意到，這個星雲以及任何類似的星雲並不是一個完美的球體，而是呈現出了不規則、細長的形狀。而引力十分挑剔，容不得任何瑕疵，只要存在微小的不均勻就會其崩塌，而且引力還是一種與距離呈平方反比的力，當與一個大質量物體的距離減半時，引力就會增加四倍，氣體雲在初始形狀上的微小差異就會在短時間內極大地放大某個方向上的引力。

結果就會形成一個形狀極不對稱的恆星形成星雲，恆星形成的地方正是氣體密度最大的地方。問題是，當我們看裡面的單個恆星時，它們是非常完美的球體，就像我們的太陽一樣。

但就在星雲本身變得非常不對稱的時候，星雲內部形成的單個恆星來自於星雲內部不完美、密度過大、不對稱的團塊。

這些團塊首先會在三個維度中的一個方向上首先坍縮，因為正常物質（由原子核和電子組成的原子）相互碰撞時就會發生電磁相互作用，並且會粘（結合）在一起，最終會形成一個扁平的圓盤，或稱物質圓盤。同時萬有引力會把大部分物質拉向中心，也就是恆星形成的地方，但在它的周圍，我們會看到所謂的原行星盤。哈勃太空望遠鏡已經直接觀測到了這些圓盤！其直接證明了我們的行星形成理論是正確的。

所以從一開始我們就得到一個在平面上更整齊的原恆星系，而不是一個隨機聚集的球體。要進入下一步，形成行星，就必須等靠理論建模模擬了，因為在一個年輕的恆星系中，行星形成過程至少得需要百萬年以上，我們不能去長時間的觀察。

原行星盤在一個維度上經歷“坍縮”以後，會隨著越來越多的物質被吸引到中心而繼續收縮。但是當大部分的物質被彙集到內部時，大量的物質會在這個圓盤中穩定的旋轉。

為什麼呢？

這個過程有一個物理量必須守恆：角動量，它可以告訴我們整個系統（氣體、塵埃、恆星）本質上是如何旋轉的。這就意味著整個圓盤中的所有物質都需要大致沿著相同的方向（順時針或逆時針）執行。隨著時間的推移，圓盤達到穩定的大小和厚度，然後小的引力不穩定性開始將在圓盤中創造出行星。

當然，在行星盤的不同部分之間存在細微的差異（以及相互作用的行星之間的引力效應），在初始條件上也存在細微的差異。在中心形成的恆星不是一個單一的點，而是一個延伸了大約一百萬公里的物體。當你把所有這些因素放在一起，就會導致所有行星不是在一個完全標準的平面上，但是會非常接近。

事實上，直到2015年，科學家才發現了第一個超越我們自己的行星系，我們在一個原行星圓盤上發現了形成新行星的過程。

上圖左上方的年輕恆星位於一個星雲區域的外圍，距離約450光年，周圍環繞著一個原行星盤。這顆恆星本身只有大約100萬年的歷史。ALMA——“阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡”，在毫米波段測量了這個原行星盤，併為我們返回了下面的影象。

它起來顯然是一個圓盤，所有的物質都在同一個平面上，但是圓盤裡面有黑色的“縫隙”。這些間隙分別對應一個年輕的行星，它吸引了附近所有的物質！我們不知道哪一個行星會合並在一起，哪一個會被踢出去，哪一個會向內遷移並被它們的母星吞噬，但是我們正在見證一個年輕的太陽系發展的關鍵步驟。

總結：那麼為什麼所有的行星都在同一個平面上呢？

因為它們是由不對稱的氣體雲形成的，氣體雲首先向最短的方向坍縮，“啪”的一聲所有的物質先粘成了一個圓盤，然後物質向內收縮，但最終繞著中心旋轉，行星形成於年輕物質盤的微小密度缺陷，因此它們最終都在同一平面上繞軌道執行，彼此之間最多隻有幾度的差異。