太陽系の形成と進化
衛星の進化は潮汐力によって引き起こされる。衛星は、主に惑星の直径に沿った重力の差によって周りを回る物に潮汐作用を及ぼす。衛星が惑星の自転と同じ方向に公転し、惑星の自転周期が衛星の公転周期よりも早い場合は、潮汐作用は常に衛星の方向に引っ張られるように働く。この場合、惑星の自転の角モーメントが衛星に転移する。衛星はエネルギーを得て外側の軌道に移動し、惑星の自転速度は時間とともに遅くなる。
地球と月はこの構造の一つの例で、地球人に最も身近な例でもある。自転と公転の同期の進行により、現在、月については自転が公転に一致して、月は常に地球に同じ面だけを見せている。また一方では進行中の現象として、月は地球から遠ざかり続けており、同時に地球の自転は徐々に遅くなっている。同様の例は、木星のガリレオ衛星や土星の大きな衛星でも見られる。
衛星の公転速度が惑星の自転速度より速かったり、惑星の自転速度と反対方向に公転している場合は、別のシナリオが考えられる。このような場合には、潮汐作用によって衛星の公転速度は遅くなる。前者の場合には、角モーメントの方向が保存され、衛星の軌道が近づいて惑星の自転速度は速くなる。後者の場合には、惑星と衛星の角モーメントは逆になり、転移によって双方のモーメントの大きさが小さくなる。
太陽系の形成後、巨大惑星の軌道は、それぞれお互いの重力の影響を受けながら、残っていた多数の微惑星と共にすこしずつ移動してきた。5億年から6億年経つと、木星と土星は2:1共鳴の軌道に落ち着き、この共鳴により外側の天体がさらに外側に押し出された。海王星は天王星を追い越して原始カイパーベルトに入り込んだ。それらの惑星は外側に向かって移動する間に、氷で出来た小天体の大部分を内側へ散乱させた。散乱させられた微惑星は次の惑星に出会うと、同じように内側へ移動する間に惑星の軌道を外側へ動かした。このプロセスは微惑星が木星と相互作用して、その重力によって離心率の高い楕円軌道に移るか太陽系から完全に放り出されるまで続いた。これによって木星はわずかに内側へ移動した。これらの木星によって楕円軌道に散乱させられた天体がオールトの雲を形成した。海王星の移動による散乱の度合が低かった天体が現在のエッジワース・カイパーベルトや散乱円盤を形成した。このシナリオはエッジワース・カイパーベルトや散乱円盤の現在の質量の少なさを説明する。冥王星を含む一部の散乱させられた天体は、海王星の軌道と重力的に結びつき、平均運動共鳴の状態になる。最終的に、微惑星円盤の摩擦が天王星と海王星の軌道を再び円形にした。
木星型惑星とは対照的に、地球型惑星の軌道はジャイアント・インパクト期以降は安定しており、太陽系が寿命に達するまで大幅に移動することはないと考えられている。
様々な惑星は、太陽の形成後に残ったガスや宇宙の円盤から形成されたと考えられている。今日最も広く受け入れられている仮説は、降着円盤モデルとして知られているものである。このモデルでは、まず宇宙塵が太陽の周囲の軌道を回り始め、次々に衝突して1kmから10km程度の微惑星という塊を作る。その後数百万年間は衝突により、1年あたり数cm程度の速さで成長する。
太陽から4天文単位以内の内部太陽系では、水やメタン等の揮発性の分子が凝縮するには温度が高すぎるため、金属(鉄・ニッケル・アルミニウムなど)やケイ酸塩などの融点の高い物質が微惑星を形成し、岩石質の惑星(地球型惑星:水星・金星・地球・火星)になった。これらの物質は宇宙では珍しく、星雲中には0.6%程度しか存在しないため、地球型惑星はそれほど大きく成長出来なかった。岩石質の原始天体(惑星の胚)は地球質量の5%程度まで成長し、その後は衝突合体を繰り返して大きくなったが、太陽形成後10万年程度で集積が止まった。
巨大ガス惑星(木星型惑星:木星・土星・天王星・海王星)は、火星軌道と木星軌道の間の、揮発性物質が凝結して固体になる雪線(フロストライン)よりも外側で形成された。木星型惑星を形成する氷は地球型惑星を形成する鉄やケイ酸塩よりも豊富にあり、宇宙に最も多量に存在する水素やヘリウムを捕獲するのに十分な質量を持つに至った。雪線より外側の原始天体は、300万年の間に地球質量の4倍程度になった。今日では、4つの木星型惑星の質量を合計すると、太陽の周りを回る天体の全質量の99%にもなる。木星が雪線のすぐ外側に存在することは、偶然ではないと考えられている。