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太陽系是由氣體雲形成的，氣體雲形成了原恆星、原行星盤，最終形成了行星。太陽系歷史上最偉大的成就是創造和形成了地球，它可能並不像我們曾經認為的那樣是宇宙中罕見的。我們的星球會存在很長一段時間，但是就像這個宇宙中的其他事物一樣，我們不會永遠存在。自從2006年國際天文學聯合會(IAU)正式定義了行星一詞，科學界就被一分為二。只有質量足夠、繞著太陽而不是其他天體運行，並且能在太陽系的時間尺度運行，才能被歸類為行星。
一方面是天文學家，主要是行星天文學家，他們基本上同意IAU的定義，但想把它擴展到更普遍的情況，包括系外行星系統。另一方面是行星科學家和行星地質學家，他們只研究行星的固有特性，他們認為，只要是一個球體，就應該成為一顆行星。但對天體物理學家來說，這兩種定義都是不夠的。這是為什麼？
雖然我們現在相信我們已經了解了太陽和太陽系是如何形成的，但這個早期的觀點只是一個例證。說到我們今天所看到的，我們所剩下的只有倖存者。早期的生物遠比今天存活的生物豐富。天體物理學家從不同於其他科學家的角度來觀察宇宙中的物體。我們感興趣的不僅僅是我們在外太空發現的物體是什麼樣子的，它們在哪裡，它們的行為是怎樣的。相反，我們感興趣的是它們內在和外在性質背後的物理學。我們的問題如下：
這些物體是如何形成的？它們的組成與它們的形成歷史有什麼關係？是什麼過程使它們具有今天所具有的物理和化學性質？在我們整個宇宙歷史中，是什麼動力驅動著這些物體的進化？當你開始問這樣的問題時，你就會得到非常普遍的描述行星形成的故事。如果你遵循這些經驗教訓，它們將把你引向大多數天文學家和行星科學家從未設想過的方向。
這裡顯示的所有三個恆星形成星雲。這片雲在太空中向四面八方延伸了數千光年，最終將產生數萬到數十萬顆新恆星。大多數恆星都是在相同的環境下形成的：一個巨大的、塌縮的分子雲中，當一個足夠大的氣體雲坍塌時，它會分裂成更小的部分，在那裡，密度最大的區域聚集了越來越多的物質。僅在我們的星系中，就有幾十個這樣的區域是已知的，它們會產生新的恆星，周圍有新的太陽系。
這些恆星形成區域，就像在獵戶座星雲(下圖)中發現的區域一樣，是宇宙中新恆星和行星形成最多的地方。形成的所有恆星中，約有50%將與我們的太陽系類似，其中一顆中心恆星被原行星盤環繞，而其餘恆星將作為多恆星系統的一部分形成。
哈勃拍攝的獵戶座星雲中的30個原行星盤，或稱原行星盤。形成一顆周圍有巖石行星的恆星相對容易，但要以微妙但重要的方式形成一顆類似地球的恆星，難度要大得多。在這些新形成的星系中，大部分物質要麼落在星系的中心恆星上，要麼被吹回星際介質中。然而，在這些原行星盤中，開始通過引力吸引越來越多的物質而增長。
因此，隨之而來的是一場偉大的宇宙競賽：恆星的輻射蒸發並『吹走』附近的物質。由於引力是一種『失控』的力，生長最快的密度過大的團塊是宇宙的贏家。這些導致了所有行星中最大的行星：宇宙中的氣態巨行星和冰態巨行星，它們周圍環繞著氫和氦。
20個新的原行星盤，由盤子結構在高角解析度項目(DSHARP)的協作下成像，展示了新形成的行星系統的樣子。盤上的間隙可能是新形成的行星的位置，最大的間隙可能對應於最大的原行星。但是，至少根據我們最好的理解，這需要一些時間。即使有一個或多個中心恆星(或原恆星)，也有一些複雜的因素。首先，原行星盤的元素會發生分離。正如最重、密度最大的元素會下沉到行星的中心(或落到離心機的底部)，最重的元素會優先地分離到中心，而較輕的元素則會越來越多地在更遠的地方被發現。隨著這些引力擾動的增加，競爭加劇：在試圖生長和積累物質的行星之間，以及附近的恆星(s)用它們的高能輻射蒸發這些原行星盤。
原行星盤的圖解，行星和星子首先形成，當它們形成時在盤上形成「間隙」。一旦中央原恆星變得足夠熱，它就開始從周圍的原植物系統中釋放出最輕的元素。像木星或土星這樣的行星有足夠的引力留住氫和氦等最輕的元素，但像地球這樣的質量較低的行星沒有足夠的引力留住氫和氦等最輕的元素。這就導致了新形成的恆星周圍有幾個獨立的區域。
只有金屬、礦物、重金屬和化合物才能存在的內部區域。靠近恆星的強烈輻射破壞了有機芳香族碳鍵。「菸灰線」定義了這個內部區域和另一個外部區域之間的屏障。溫帶地區，在那裡這些碳鍵可以持續存在，但冰——如水冰、甲烷冰和二氧化碳冰——被升華/蒸發/煮沸。這條「霜線」定義了這個溫帶地區和另一個溫帶地區之間的屏障。一個更冷的區域，在那裡冰可以形成並保持穩定。這些線的位置將隨著時間而改變，因為恆星在其生命周期內將在溫度和光度上進化。
原行星盤的示意圖，顯示菸灰和霜線。對於像太陽這樣的恆星，估計霜凍線大約是地球-太陽初始距離的三倍，而菸灰線則明顯更近。這些線條在我們太陽系過去的確切位置很難確定。現在，行星和原行星並不是簡單地停留在它們最初形成的地方，而是隨著時間的推移相互作用，從而為可能發生的事情帶來許多有趣的可能性。這些引力相互作用通常會導致行星遷移，這些年輕的行星可以向內或向外移動，這取決於太陽系的動力學:它們不一定會停留在它們形成時的大致位置。此外，這些行星或原行星可以碰撞和合併，這可能是創造現代地球-月球系統的機制。它們也可以引力相互作用，要麼將行星拋向太陽，要麼將它們從太陽系中完全拋出。
在太陽系早期，有超過四顆巨型行星的種子是非常合理的。模擬表明，它們有能力向內和向外遷移，也有能力將這些天體噴射出去，只有四顆氣態巨星存活了下來。與此同時，在冰霜線之外，可以形成最大質量的行星。離母恆星的高溫和輻射足夠遠的地方，所有類型的原子和分子都可以成長為它們自己的微型太陽系。這顆中心行星將聚集大部分的質量和物質，足以讓它們擁有像巖石行星一樣的核心和地幔，但被一個巨大的氣體包裹著。
與此同時，圍繞它們的物質形成了一個環繞行星的圓盤，它將分裂成光環、衛星和小衛星：我們目前在太陽系中發現的所有四顆氣態/冰巨星周圍都能看到這種物質。這些引力主導的天體是它們自身恆星系統獨特進化歷史的產物。
隨著太陽系的演化，揮發性物質會蒸發，行星會吸積物質，星子會合併在一起，或因引力相互作用而拋出物體，軌道會遷移到穩定的結構中。氣態巨行星可能在引力上主導著我們太陽系的動力學，但據我們所知，內部的巖石行星是所有有趣的生物化學發生的地方。在其他太陽系，情況可能大不相同，這取決於不同的行星和衛星最終遷移到哪裡。不過，有時我們會在它們的母星附近發現氣態巨行星或冰態巨行星:在冰霜線甚至煤煙線的內部！他們是怎麼到那兒的?遷移？引力相互作用？通過驅逐其他行星或原行星？或者甚至從冰霜線外形成，然後冰霜線隨著時間向外進化？
我們認為必須在霜凍線之外才能首先形成一個巨大的氣體/冰，但是這種遷移是很正常的。這些熱木星(或熱海王星)一點也不罕見，是用我們目前的技術最容易找到的行星之一。從富含金屬的物質(形成行星內核)、類似曼特爾的矽酸鹽(可以在整個原太陽系中形成)、冰、氣體和其他揮發物(在冰霜線之外更為豐富)的組合中，我們開始看到一幅概貌。
來自太陽系霜凍線以外部分的星子來到地球，構成了今天地球地幔的大部分。在海王星之外，這些星子至今仍然作為柯伊伯帶(以及更遠)的天體存在著，相對於自那時以來的45億年，它們並沒有發生什麼變化。在霜凍線的內部，我們預計會發現由巖石和氣體/冰組成的巨大行星。其中一些會在原地形成，另一些會遷移到那個區域。它們可能有衛星，也可能沒有。
在霜凍線附近，應該有一個小行星帶，假設它們沒有被遷移的行星清除掉，它們沒有成長為一個完整的行星。這相當於我們太陽系中的小行星帶，在大多數太陽系中應該有一個類似的小行星帶。
在冰霜線之外，將會有更多的行星:氣態巨行星，冰態巨行星，在許多系統中(但不是我們自己的)，還有陸地大小的行星。將繼續有行星向外運動，直到達到某個極限。除此之外，還會有與我們在柯伊伯帶和奧爾特雲中發現的類似的冰體:它們本身就很有趣，但幾乎完全由冰和揮發性物質組成，核心相對較小。
我們太陽系的對數圖，一直延伸到離我們最近的恆星，顯示了小行星帶、柯伊伯帶和奧爾特雲的範圍。今天我們所知道的這8顆行星，與太陽系中發現的其他巖石或冰體相比，有著完全不同的形成歷史。這是我們期望在任何單線態恆星周圍找到的精確描述。多恆星系統的某些成分將被移除：緊密雙星應該有一個靠近兩顆恆星的重要區域，那裡的行星軌道不穩定。寬雙星應該有行星形成良好的內部區域，然後是不可能有穩定行星軌道的中間區域，然後是恆星軌道之外的行星(或柯伊伯帶/奧爾特雲天體)良好的區域。但如果我們只看那些圍繞成熟恆星運行的星體，我們還會錯過另一種類型的行星:流氓行星。
流氓行星可能有各種奇異的起源，比如來自破碎的恆星或其他物質，或者來自太陽系中噴射出來的行星，但大多數應該來自恆星形成星雲，因為它們只是引力團塊，從未形成恆星大小的物體。這些天體的名稱中都有「行星」這個詞。這些行星要麼是在其太陽系歷史的早期被噴射出來的，要麼是由於分子雲的坍塌而獨立形成的，完全沒有母恆星。第一種類型的行星可能是一顆成熟的行星，就像自然界中發現的任何一顆一樣，也可能是在它們被拋出之前還沒有完全成熟的原始行星。
另一方面，第二顆行星的範圍可能從巖石/冰的小世界一直到氣態巨星，甚至褐矮星(失敗的恆星)，都有自己的偽行星系統。隨著我們的望遠鏡觀測能力和我們用這些儀器進行的調查不斷增加，我們完全有希望發現所有這些天體的大量種群：圍繞恆星，在星際空間，以及整個銀河系和宇宙。
TRAPPIST-1系統與太陽系的行星和木星的衛星相比。雖然這些物體的分類似乎是隨意的，但所有這些物體的形成和進化歷史，以及它們今天所具有的物理性質之間，都有著明確的聯繫。從天體物理學家的角度來看，我們在整個宇宙中發現的物體類型與它們的組成和形成有著千絲萬縷的聯繫，這是對它們進行分類的唯一合理方法。質量超過某一臨界值的非恆星物體就像動物:我們能將它們分類的最廣泛的類別。
那些在引力競賽中戰勝輻射的天體，不會成為小行星帶、柯伊伯帶或奧爾特雲中失敗的行星，更像是一個狹窄的類別，就像哺乳動物一樣:它們具有某些特性和歷史，將它們聯繫在一起，不受其他類別的影響。同樣，太陽系內的小行星都是相似的，柯伊伯帶天體和奧爾特雲天體也是如此。它們就像鳥類、爬行動物和兩棲動物，所有的動物，但與哺乳動物屬於不同的類別。
木衛二是太陽系中最大的衛星之一，圍繞木星運行。在木星冰凍的表面下，液態水被來自木星的潮汐力加熱。它的性質是由它在太陽系中的歷史和位置決定的。儘管它很大，很大，表面下可能蘊藏著生命，但如果它是一顆行星而不是一顆衛星，它的性質將會大不相同。海豚可能看起來像魚，但它實際上是哺乳動物。同樣，一個物體的組成並不是對它進行分類的唯一因素，它的演化歷史與它的性質是密不可分的。科學家們可能會繼續爭論如何最好地對所有這些世界進行分類，但不僅僅是天文學家和行星科學家對此有利害關係。在探索宇宙的組織意義的過程中，我們必須用我們全部的知識來面對它。
儘管許多人不同意，但衛星、小行星、柯伊伯帶和奧爾特雲天體都是迷人的天體，就像現代行星一樣值得研究。它們甚至可能比許多真正的行星更適合生命存在。但每個物體的屬性都與它的整個形成歷史密不可分。當我們試圖對我們所發現的所有東西進行分類時，我們不能僅僅被表象所誤導。