Lịch sử hệ mặt trời

Để tính ra tuổi Hệ Mặt Trời, có thể đo lượng còn lại của các đồng vị phóng xạ không bền vững không có nguồn sinh ra liên tục sau khi Hệ Mặt Trời hình thành. Bằng cách quan sát xem các đồng vị này đã suy giảm đến mức độ nào, đồng thời biết được chu kỳ bán rã của chúng, có thể tính ra tuổi của chúng. Những hòn đá cổ nhất trên Trái Đất ước tính 3,9 tỷ năm tuổi, tuy nhiên rất khó để tìm được những hòn đá đó vì Trái Đất đã hoàn toàn thay đổi bề mặt của nó. Các thiên thạch, vốn được hình thành trong giai đoạn ban đầu của đám bụi Mặt Trời, được tìm thấy có tuổi già nhất là 4.6 tỷ năm, suy ra Hệ Mặt Trời đã được hình thành từ cách đây ít nhất 4.6 tỷ năm.

Đám bụi Mặt Trời ban đầu có hình dáng gần giống hình cầu, đường kính 100 AU và có khối lượng bằng 2 đến 3 lần khối lượng Mặt Trời. Theo thời gian, một sự nhiễu loạn, có thể một siêu sao mới (supernova) bên cạnh, gây sóng hấp dẫn xung kích vào không gian của đám bụi, làm nén đám bụi này, đẩy vật chất của nó sâu vào bên trong, tới lúc lực hấp dẫn vượt qua áp suất khí bên trong và nó bắt đầu sụp đổ.

Khi đám bụi sụp đổ, nó giảm kích thước, điều này làm nó xoay tròn nhanh hơn để bảo toàn mô men động lượng. Các định luật cơ học cho thấy kết quả của các lực hấp dẫn, áp suất khí và lực ly tâm trong chuyển động quay khiến cho đám bụi bắt đầu trở nên dẹt thành hình một cái đĩa quay tròn với một chỗ phình lên ở giữa, gọi là đĩa bụi Mặt Trời. Mặt phẳng trung bình của đĩa bụi này rất gần với mặt phẳng hoàng đạo sau này.

Khi đĩa bụi Mặt Trời trở nên đặc hơn, một hình thức đầu tiên của sao trung tâm (tức Mặt Trời sau này) được tạo thành ở giữa, gọi là tiền Mặt Trời. Hệ này được sự ma sát của các viên đá va chạm vào nhau làm nóng lên. Những nguyên tố nhẹ hơn như hiđrô và hêli thoát khỏi phần tâm và tràn ra phía rìa ngoài của đĩa, để lại các nguyên tố nặng tập trung bên trong, hình thành bụi và đá ở trung tâm. Các nguyên tố nặng hơn kết thành khối với nhau để tạo thành các tiểu hành tinh và các tiền hành tinh. Ở vùng ngoài của tinh vân này, băng và các khí dễ bay hơi còn tồn tại, và như một kết quả, các hành tinh bên trong là đá và các hành tinh bên ngoài có đủ khối lượng để giữ lại lượng lớn các khí nhẹ, như hiđrô và hêli.

Sau 100 triệu năm, áp suất và sự dày đặc của hiđrô ở trung tâm của đĩa bụi sụp đổ trở lên đủ lớn để tiền Mặt Trời duy trì các phản ứng nhiệt hạch. Kết quả của việc này, hiđrô bị biến thành hêli trong các phản ứng đó, và một lượng lớn nhiệt được toả ra.

Trong thời gian đó, tiền Mặt Trời biến thành Mặt Trời và các tiền hành tinh và tiền tiểu hành tinh biến thành các hành tinh thông qua sự tập trung dần dần khối lượng. Tất cả các hành tinh được hình thành trong một thời gian ngắn, khoảng vài triệu năm. Chúng đều có quỹ đạo nằm gần mặt phẳng trung bình của đĩa bụi ban đầu; nghĩa là mặt phẳng hoàng đạo (mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất) cũng nằm gần mặt phẳng trung bình này và gần với các mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh khác.