许所有科学史上最伟大的飞跃发生在 17 世纪。在本世纪初，日心说只是一种替代性的想法：与已经占据了1000多年历史的领先地心说模型相比，它与数据的拟合性更差。控制地球上物体运动的定律，也就是我们现在所知道的经典力学，在很大程度上是未知的，万有引力现象也没有得到理解。当时望远镜还没有被发明出来，肉眼观察仍然是人类研究宇宙的最佳工具。
到本世纪末，一切都不同了。这些行星最终被确认以椭圆的形式围绕太阳运行，外行星的运动速度与它们与太阳的距离成正比。 行星有自己的卫星系统，土星有光环，金星有相位，运动和万有引力定律被证明适用于地球上和天空中所有已知的物体。这在艾萨克·牛顿（Isaac Newton）的工作中达到了顶峰，他发明了微积分，编纂了运动定律，并发展了万有引力定律。然而，牛顿也遇到了他无法解决的问题，他最著名的一句话是：
「重力解释了行星的运动，但它不能解释是谁让行星运动起来的。
现在进入21世纪，现代天体物理学终于找到了答案。毕竟，这不是一个「谁」，而是一个「什么」首先让行星运转起来。
当我们今天观察太阳系的结构时，我们对它的了解比牛顿在他那个时代所知道的要多得多。是的，太阳锚定了太阳系，但与牛顿不同的是，我们知道它占太阳系总质量的 99.8%。它绕其轴旋转，但赤道和两极的旋转速度不同：赤道为 25 天，而两极极端为 33 天（甚至略长）。然后，向外移动，我们看到我们的太阳系拥有：
四颗内部的岩石行星，
小行星带，
气态巨行星世界，
柯伊伯带，这是大多数周期彗星的来源，
以及一个散射的圆盘和奥尔特云，大多数双曲线彗星都是从那里产生的。
牛顿引力足以解释所有这些物体的运动，只需要非常轻微的修正（由于广义相对论）就可以描述内部岩石行星的岁差运动。回到牛顿的时代，只有六颗行星（没有小行星，还有一两颗疑似周期性的彗星）是已知的。但今天，我们不仅对自己的太阳系有了更多的了解，我们还了解了数以千计的其他恒星，它们周围有行星系统：系外行星。
这些系外行星系统和我们自己的太阳系之间有一些相似之处，但也有一些重要的区别。这些系统似乎也都遵循牛顿的万有引力定律，其中的行星遵循椭圆轨道，这些轨道是由其母星的引力决定的。行星有各种不同的质量，但与我们自己的太阳系不同，岩石世界和巨型世界之间没有界限：在距离它们运行的恒星的任何距离，近处或远处。此外，迄今为止已知的最常见的系外行星世界类型——介于地球和海王星的质量之间——在我们的太阳系中根本没有体现。
然而，我们自己的太阳系的一个重要限制是它已经很老了。自其形成以来已经过去了大约45亿年。我们对它过去的历史知之甚少，因为我们所能接触到的只是写在其幸存者脸上的证据。有多少颗行星和/或卫星：
被碰撞摧毁，
被其他行星或太阳吞噬，
或完全从我们的太阳系中弹出，
在其生命周期中？我们不能肯定地说，但大量的证据表明，从各种行星和月球表面的陨石坑率，到火星、地球和冥王星周围卫星的存在，再到土星环的短暂寿命，都表明答案可能是「至少几个」，甚至更多。
幸运的是，我们现在所处的时代，我们可以见证年轻甚至新生的恒星和行星系统的形成，并从中吸取了各种教训。首先，几乎每个新生的恒星系统，包括原恒星系统，周围都没有球形物质云，而是表现出一种称为原行星盘的板状结构。另一方面，这些原行星盘仅在系统历史的前~1-2百万年内保持未分化（即均匀，没有间隙或特征），然后特征开始出现在2-10百万年前的系统中，然后在10+百万年后似乎成为「成熟」特征。
这意味着行星在恒星和行星系统的历史中形成得相对较早，但极端暴力事件会持续更长时间。富含尘埃的特征，如恒星周围的碎片盘，可以持续数亿年;4亿-7亿年可能是年轻恒星系统的典型时间。我们估计，这与这些系统中的年轻行星之间的一段时期的猛烈轰击以及频繁的撞击和碰撞有关，这与在月球、水星、火星和我们太阳系其他星球上观察到的陨石坑率是一致的。由于行星科学和行星天文学的这些以及许多其他进步，我们现在比以往任何时候都更接近 于行星系统如何形成的完整画面 。
是谁（或什么）让行星运转？
为了理解完整的故事，我们必须从头开始。尽管行星直到其母星在其核心点燃核聚变后~200万年才开始形成，但行星运动的故事早在那之前就开始了：当它们最终将围绕轨道运行的恒星首次开始形成时。我们首先要看的一件事是恒星是如何形成的：来自气体分子云的坍缩。这些气体云必须做两件事才能坍缩并形成恒星：
它们必须积累足够的质量，通常是数十万太阳质量，但有时甚至更多，以便在自身质量的影响下引力坍缩，
它们必须充分冷却，将热量辐射出去，否则这些热效应产生的压力将阻止重力坍缩。
一旦实现了这两个关键项目，恒星形成的初始气体云就开始坍缩。当这种坍塌发生时，它不会单体发生，也不会变成一个大斑点。相反，在这种气体云中，有些区域恰好开始时的密度略高于其他区域，这些区域充当物质收缩的成核位点。因此，当气体云坍缩时，它们开始分裂，恒星主要在碎片位点内形成，这些破碎位点在最短的时间内收集了最大的质量。
也许出乎意料的是，通过研究这些碎片位点，我们了解到，「单线态」恒星系统，就像我们自己的太阳系一样，只是众多选择之一。尽管形成的所有恒星中大约有一半最终是单线态系统，但形成的所有恒星中有整整一半最终成为多星系统的组成部分：双星、三星、四星系，甚至更高的多重性恒星系统。大约35%的恒星处于双星系统中，另外约10%处于三元系统中，大约4-5%位于四级或更丰富的系统中。
此外，这些恒星形成区域通常会在相对较短的时间内形成数千颗恒星：在短短几千万年的时间跨度内。我们发现的最常见的新生恒星类型出现在所谓的疏散星团内部：当气体云在银河系的平面内坍缩时形成的星团。这些星团通常会持续数亿年，然后相互引力相互作用导致它们解离，并导致恒星和恒星系统散布在整个银河系中。虽然这是这些新形成的恒星的最终命运，包括具有行星系统的恒星，但它对当这些恒星（以及最终将成为行星的物质）首次形成时发生的物理学具有重大意义。
每当你有两团大质量物质彼此靠近时，尤其是当这些团块相对于彼此运动时，它们不仅会相互施加力，尽管牛顿万有引力定律要求它们这样做。此外，一个大质量团块的「近部」对另一个团块的引力大于团块中心的引力，而该大团块的「远端」与中心相比，其引力小于平均水平。此外，该团块的「上部」和「下部」将被拉向中心，该团块的「左侧」和「右侧」也会被拉向中心。
如下图所示，这些不同的力代表了所谓的 潮汐力 ：在整个物体上不均匀的力。由于牛顿第三定律——该定律指出每个动作都有一个相等和相反的反应——任何两个彼此近距离接触的大团块不仅会相互施加力，而且还会施加扭矩，这会给这些物质团块中的每一个带来一个称为角动量的量。角动量是导致物体绕其轴旋转的原因，也是物体相互绕行的原因。由於這些潮汐感應的駐變，所有新生的恆星系統都擁有一些不可忽視的角動量。
角动量的临界效应
现在，让我们在恒星和行星形成的背景下把这些成分放在一起。我们将从一个正在坍缩过程中的物质团块开始，而这个物质团块——由于潮汐力在它上面起作用，以及形成团块的初始质量分布——都将在三维空间中开始不对称，其中一条轴最长，一条轴最短， 并且将具有非零的角动量。
然后，当引力导致这团物质坍缩时，一个轴（通常是最初最短的轴）将不可避免地首先坍缩，导致一种被称为「煎饼」的物理现象——不，我不是编造的。因为构成恒星系统的物质是由正常物质（即质子、中子和电子）组成的，所以首先坍缩的轴导致两侧的物质「溅」在一起，形成一个圆盘，而其他两个轴线仍然相对较长。
现在，在存在角动量的情况下折叠，该圆盘也必须不可避免地旋转，从而导致具有以下配置：
中心团块，
由原行星物质盘环绕，
这几乎是每一个曾经观测到的原恒星系统的标志。
正是在这一点上，一系列关键事件接踵而至。假设只有一个（尽管可能不止一个），中心质量团块将越来越多的物质吸入其中，将核心加热到越来越高的温度，同时使热量越来越难以逸出。与此同时，物质盘——既可以被称为星周盘，也可以称为原行星盘，因为它既围绕着原恒星，又是将要出现的行星的前身——保持未分化和均匀，尽管它继续围绕中心原恒星旋转。
最后，一个临界阈值被跨越：原恒星核心内部的温度超过~400万K大关，核聚变反应在恒星核心内部开始。这导致向外推的辐射，从而从内到外加热外部物质。原行星盘中早期的不稳定性最初通过随机碰撞而消失，但随着时间的推移，团块开始生长和持续存在，在这些盘中雕刻出特征，包括螺旋形状和间隙，这就是我们期望在第一批大质量原行星形成时形成的。这些最初的时刻可能会导致数百万年甚至数十亿年后令人难以置信的丰富行星系统，包括可能最终看起来与我们今天认为熟悉的行星系统非常不同的系统。
但这就是牛顿大问题的答案！他以一种暗示某种神圣干预的方式提出的问题，到头来不需要这样的事情。取而代之的是，只是传统的天体物理学、运动定律、万有引力定律和核聚变过程，足以产生所需的「初始运动」，使行星——我们太阳系内的行星和我们太阳以外的任何恒星系统中的行星——在围绕其母星的轨道上运行。特别是，两个事实：
坍缩形成恒星和恒星系统的气体云并不是天生的球形对称，
其他附近的物质团块对任何正在形成的原恒星系统施加的潮汐力将产生扭矩，从而赋予物质角动量，
建立一个与行星一起形成的系统几乎是不可避免的。这些行星，假设有足够的重元素以一种不会导致它们完全光蒸发掉的方式产生它们，那么它们就会持续存在，并且由于角动量是一个守恒量，只要稳定的轨道仍然可能，它们就会继续围绕它们的母星运行。当然，它们中的一些人可能会经历灾难，包括抛射、碰撞或被它们的母星吞噬，但牛顿的大问题，即「谁（或什么）让行星运动」，现在已经得到了明确的答案。
