太陽系の形成と進化
どちらの場合でも、潮汐力で引き千切られるまで惑星に近付き、粉々になって惑星の環になったり、惑星に衝突したりする。3000万年から5000万年以内に火星の衛星フォボス、36億年以内に海王星の衛星トリトンがこのような運命になるとされ、他にも木星の衛星メティスとアドラステアや天王星および海王星の少なくとも16個の小衛星も同様だと考えられている。天王星の衛星デスデモナは、隣の衛星に衝突すると考えられている。
3つ目の可能性は、惑星と衛星の自転と公転の同期が起こっている場合である。この場合は潮汐作用が直接衛星に影響し、角モーメントの転移は起こらず、軌道周期も変わることはない。冥王星とカロンはこのようなケースの例である。
2004年に探査機カッシーニが土星の環に到達するまでは、土星の環は太陽系の年齢よりもずっと若く、30億年以上前からあったとは考えられていなかった。土星の衛星との重力相互作用によって、環の外側は惑星の方に向かっていると考えられたが、カッシーニの観測データによってこの考えは覆された。観測により、10km幅の氷塊が繰り返し破壊、再生され、環には常に新しい物質が供給されていることが分かった。土星の環は他の木星型惑星の環よりも大きく、45億年前に惑星ができた時から存在したと考えられている。
このような不規則衛星のうち、最大のものは海王星の衛星のトリトンで、捕獲されたエッジワース・カイパーベルト天体だと考えられている。
岩石質の天体の衛星は、衝突か捕獲によってできたものである。火星の二つの小さな衛星、ダイモスとフォボスは、捕獲された小惑星だと考えられている。地球の月は、斜め方向の巨大衝突によってできたものと考えられている。それが起きたのはおそらくジャイアント・インパクト期の終わりに近い頃で、衝突した天体は火星程度の質量だったと考えられる。地球への衝突によって、この天体のマントル部分が軌道上に叩き出され、それが集まって月が形成された。この衝突は、地球を形成した一連の衝突の最後のものだったと考えられている。さらに、この火星程度の大きさの天体は太陽と地球のラグランジュ点の一つ(L4かL5)で形成され、その位置から移動してきたという説もある。冥王星の衛星カロンも巨大衝突によって形成されたと考えられている。太陽系の惑星および準惑星で、衛星が主星の1%以上の質量を持つのは、地球 - 月系と冥王星 - カロン系の2つだけである。
世界の起源と終末という思想は有史以来常にあったが、太陽系という概念ができたのは近世以降であるため、これらを太陽系の存在と結びつけて考えることはほとんど皆無だった。太陽系の形成と進化の理論への第一歩は、太陽が中心にあり地球がその周りを回っているという地動説を広く受け入れることだった。この考え方は1000年間も異端の扱いであったが、17世紀末にやっと世間に受け入れられるようになった。「太陽系」という言葉を用いた最初の記録は1704年に遡る。
現在の太陽系形成の標準的な理論の原型である星雲説は、18世紀にエマヌエル・スヴェーデンボリ、イマヌエル・カント、ピエール=シモン・ラプラスらによって提唱されたが、当初は受け入れられなかった。最も大きな批判は、惑星と比べて太陽の角運動量が小さいことを説明できない点であった。しかし1980年代初頭に、若い恒星の周りに星雲説で予言された冷たいガスと宇宙塵の円盤が見つかると、再び認知されるようになってきた。
太陽がいかにして進化を続けるかを理解するには、太陽のエネルギー源に対する理解が不可欠だったが、アーサー・エディントンによるアルベルト・アインシュタインの相対性理論の解釈によって太陽のエネルギーは核で行われる原子核融合に由来することが明らかとなった。1935年にはエディントンはさらに他の元素も星の内部に由来することを示唆した。フレッド・ホイルは、この仮定に基づき、赤色巨星と呼ばれる進化の最終段階を迎えた恒星は核の中で水素とヘリウムより重い元素を生産していると唱えた。赤色巨星の表層が吹き飛ばされるとこれらの元素が露出し、他の恒星系を作るためにリサイクルされる。