thumb|Aurinkokunta on 4,6 miljardia vuotta vanha planeettakunta. Kuvan mittasuhteet eivät ole todenmukaiset.
Planeettakunnat syntyvät tähdeksi supistuvan tähtienvälisen kaasu- ja pölypilven siitä osasta, joka ei ehdi romahtaa tähdeksi, vaan jää keskipakoisvoiman takia kiertämään syntynyttä alkutähteä, prototähteä. Syntyvää tähteä kiekkona kiertävä kaasu tiivistyy joiltain osin hiukkasiksi, joista syntyvät ajan kuluessa planeetat. Hiukkasten keskinäiset törmäilyt litistävät alussa paksua kiekkoa. Kiekkoon putoaa kaasua jäljelle jääneestä pilvestä, ja sen aine putoaa hitaasti spiraalimaista rataa pitkin kohti syntyvää keskustähteä. Kaasukiekosta tiivistyy lähellä tähteä kivensiruja ja kauempana jääkimpaleita. Nämä törmäilevät toisiinsa ja syntyy planeettoja. Kaasuplaneetat kuten Jupiter syntyvät siten, että riittävän suureksi kasvanut jää- ja kivipallo alkaa kerätä ympäristöstä kevyttä vetykaasua. Maan kokoinen kappale on vetovoimaltaan liian pieni keräämään ympärilleen suurta vetykehää. Näin selittyy maankaltaisten ja jättiläisplaneettojen ero. Asteroidit ja komeetat ovat planeettojen syntyprosessissa jäljelle jäänyttä jätettä. Aurinkokunnan ja muiden planeettakuntien synnyssä on yhä monia tutkijoita mietityttäviä kohtia. Kuumat jupiterit eli spektroskoopilla havaitut joidenkin lähitähtien seuralaiset ovat syntyneet planeettojen vaellettua lähelle keskustähteään valtavassa kaasukiekossa.
Planeettakuntien synty lyhyesti thumb|Hubble-avaruusteleskoopin ottama kuva Orionin suuressa kaasusumussa muodostuvasta protoplanetaarisesta kiekosta.
Tähdet ja planeetat syntyvät tiivistymällä tähtienvälisestä aineesta, jota on kaasu ja pöly. Jotta synty lähtisi käyntiin, tähtienvälisen aineen on oltava riittävän tiheää. Linnunradassa on monia molekyylipilviä, joiden lämpötila on alhainen ja joissa olevat tiheät ytimet saattavat alkaa kutistua tähdiksi. Laukaisevana tekijänä voi olla esimerkiksi aikaisemmin syntyneen tähden räjähtäminen. Räjähdys tuottaa tiheää pilveä kokoon puristavan paineaallon. Molekyylipilven osa alkaa kutistua, kun sen sisäinen paine on pienempi kuin pilven oma painovoima. Sisäinen paine aiheutuu muun muassa magneettikentistä, pyörimisestä ja kaasun osasten lämpöliikkeestä. Kun pilvi kutistuu, sen tiheä ydin kutistuu hyvin nopeasti kuumentuen. Kuumeneminen johtuu kaasun putoamisesta ja pyörimisestä sekä pyörteilystä aiheutuvasta kitkasta. Pilven pyörimisliike kiihtyy, kun se kutistuu. Keskipakoisvoima pitää pilven päiväntasaajan suunnassa olevaa osaa kaukana keskustähdestä, napojen suunnassa kutistuminen on nopeaa. Näin ytimen ympärillä oleva kaasu litistyy kiekoksi. Kiekkoa ohentavat entisestään kiekon osasten sisäiset törmäykset. Tiheä keskus kuumenee kutistuessaan jatkuvasti, ensin kaasumolekyylit hajoavat ja lopuksi ionisoituvat. Kuuma ionisoitunut kaasu säteilee ympäristöön ensin infrapunasäteilyä, lopulta näkyvää valoa.
Kun vastasyntynyt tähti alkaa vuorovaikuttaa ympäröivän kaasukiekon kanssa, se synnyttää valtavia suihkuja, jotka sinkoutuvat valovuosien päähän tähden ja kiekon väliltä napojen suunnassa. Samaan aikaan kaasukiekossa alkaa tapahtua pölyhiukkasten tiivistymistä. Pölyhiukkaset törmäilevät toisiinsa ja sopivissa tapauksissa syntyneet törmäykset tuottavat suurempia hiukkasia. Toiset törmäykset ovat hajottavia. Liian suurella nopeudella tapahtunut törmäys on hajottava. Lopulta rakentavat törmäykset kuitenkin voittavat ja aikaa myöten syntyy kilometrien kokoisia planetesimaaleja, jotka kasvavat suuriksi esiplaneetoiksi, oligarkeiksi, joita on noin sata ja joiden ratojen kehitys ja törmäily ovat hidasta. Oligarkkien radat muuttuvat miljoonien vuosien kuluessa keskinäisten vetovoimien takia. Eniten aikaa vievä vaihe on oligarkkien törmäily esimerkiksi kymmeneksi planeetaksi. Esimerkiksi oligarkkien muodostama alkuaurinkokunta oli tasapainoton, kaoottinen, ja altis suurille törmäyksille. Esimerkiksi Maa ja Kuu ovat syntyneet kahden oligarkin törmäyksen tuloksena. Maahan törmännyt Marsin kokoinen oligarkki sinkosi alkumaasta ainetta niin paljon, että siitä saattoi syntyä Kuu. Jättiläisplaneetat syntyvät melko kaukana auringosta vyöhykkeellä, missä vesihöyry tiivistyy jäähileiksi. Jäähileet ja pöly kasautuvat aikaa myöten valtaviksi noin kymmenen Maan massan planeetoiksi, jotka saattavat kerätä vetyä ja heliumia kaasukiekosta, mihin Maan kokoinen pieni planeetta ei kykene. Jättiläisplaneetat myös vaeltelevat jonkin verran tähteä ympäröivässä kiekossa muun muassa planeetan ja kaasun välisten vuorovesivoimien, planeetan ja planetesimaalien välisten vuorovaikutusten ja keskinäisten vetovoimien takia. Oortin komeettapilven tapainen muodostelma syntyy, kun jättiläisplaneetat sinkoavat läheltä ohittavia planetesimaaleja kaukaisille radoille painovoimallaanBailey 1990, s. 233, 243. Pluton kaltaiset Kuiperin vyöhykkeen kääpiöplaneetat ovat tiivistymättömän planeetan osasia. Sama pätee myös asteroidivyöhykkeen kolmeen suurimpaan kappaleeseen: kääpiöplaneetta Cerekseen sekä Vestaan ja Pallakseen. Lisäksi Pallaksen radan suuri inklinaatio saattaa johtua sen kokemasta suuresta törmäyksestä.
Planeettakuntien synnyn ongelmia
Useiden tutkijoiden nykyään kannattaman planeettakunnan syntyteorian, kasautumisteorian ongelma on ollut planeettojen syntynopeus: se on laskujen mukaan liian hidas varsinkin aivan aurinkokunnan ulkolaidoilla, esimerkiksi Uranuksen ja Neptunuksen etäisyydellä. Tätä puutetta koetetaan selittää migraatioteorialla, jonka mukaan planeetat vaeltelevat huomattavastikin kaasukiekossa synnyttyään. Vaeltelu riippuu muun muassa kaasukiekon tiheydestä ja planeettojen syntyvauhdista. Näin pystytään selittämään monenlaisten planeettakuntien synty. Kilpailevan kiekkoepävakaisuusteorian mukaan Aurinkoa ympäröivässä kaasukiekossa olisi syntynyt tiivistymiä, jotka olisivat romahtaneet oman painovoimansa takia kasaan. Tämän teorian ongelma on, että se saattaa vaatia kiekolta suurempia tiheyksiä kuin Aurinkoa ympäröivässä kaasukiekossa oli.
Johdanto planeettakuntien syntyyn
On yritetty monenlaisin teorioin selittää planeettakuntien syntyä. Mikään tutkijoiden kehittämistä planeettakuntien syntyteorioista ei ole täydellinen. On vaikeaa laatia teoria, joka selittää fysiikan lakien avulla planeettojen etäisyydet ja muut ominaisuudet täsmällisesti. Ei osata sanoa, minkälaisten tähtien ympärille planeettoja voi syntyä. Nykyään useimmat tutkijat ovat sitä mieltä, että varsin monenlaisten, jos tähden elinikä riittää.
Aurinkokunnan ominaisuuksia Planeettakunnan syntyteorian tulisi selittää monia aurinkokuntamme ominaisuuksia, esimerkiksi sen, miksi planeetat kiertävät yleensä melkein ympyrämäisiä ratoja suunnilleen samassa tasossa.
Planeettakunnan syntyteorian tulisi selittää seuraavia asioita, jotka näkyvät meidän aurinkokunnassamme: Aurinkokunnan planeettojen radat ovat lähes ympyröitä, jotka ovat suunnilleen Auringon päiväntasaajan tasossa ja kiertävät Aurinkoa samaan suuntaan kuin Aurinko pyörii Planeettojen radat ovat juuri niin kaukana toisistaan, etteivät ne häiritse suuresti toisiaan Planeettojen etäisyys Auringosta noudattaa matemaattista lakia, jonka mukaan seuraava planeetta on karkeasti ottaen kaksi kertaa niin kaukana kuin edeltävä eli niin sanottua Titius-Boden lakia. Aurinkokunnan ikä: Radiometriset ajoitukset, jotka on tehty maahan pudonneista meteoriiteista, antavat niiden ja samalla aurinkokunnan vähimmäisiäksi 4,56 miljardia vuotta. Maassa ja Kuussa muodostuneista kivistä tehdyt ajoitukset antavat hiukan pienempiä lukuja, tyypillisesti korkeintaan 4,4 miljardia vuotta. Näin ollen aurinkokunnan synty vei ainakin 200 miljoonaa vuotta. Planeettojen koot ja koostumukset: Aurinkokunnassa on sekä lähellä aurinkoa olevia kiviplaneettoja, kaukana Auringosta sijaitsevia runsaasti kaasua sisältäviä jättiläisplaneettoja sekä jäisiä kappaleita. Kiviplaneetat ovat kahden AU:n sisällä auringosta ja koostuvat metalleista ja silikaateista, kun taas jättiläisplaneetat sijaitsevat ulompana ja koostuvat jäästä ja kevyemmistä aineista aina vetyyn ja heliumiin asti. Aurinkokunnan ulko-osissa on myös jäästä ja kivestä koostuvia kuita ja pikkuplaneettoja. Komeetat: Aurinkoa kiertää joukko pääosin jäästä koostuvia komeettoja radoilla, jotka voivat ulottua hyvin kauas auringosta. Niiden joukossa arvioidaan olevan 1012 - 1013 yli kilometrin kokoista kappaletta radoilla, joiden isoakseli on suurempi kuin 104 AU. Tätä populaatiota kutsutaan tavallisesti Oortin pilveksi. Planeettojen kiertolaiset: Lähes jokaisella planeetalla on kuiksi kutsuttuja kiertolaisia. Lähes kaikki kuut kiertävät planeettojaan samaan suuntaan ja samassa tasossa kuin planeetat kiertävät aurinkoa. Erityisesti Jupiterin kiertolaiset ovat kuin planeettakunnan pienoismalli, sillä niiden tiheys on sitä suurempi mitä lähempänä Jupiteria ne kiertävät. Mutta Maa ja Kuu ovat kuin planeettapari, sillä Kuu on halkaisijaltaan noin neljäsosa Maasta, massaltaankin runsas sadasosa. Kiertoimpulssin ja massan jakautuminen: Vaikka planeettojen massa on aurinkoon verrattuna vähäinen, niillä on suuri liikemäärä eli kiertoimpulssi. Planeetat sisältävät noin 0,2 % Aurinkokunnan massasta, mutta noin 98 % kiertoimpulssista.
Eksoplaneetat
Ollakseen pätevä planeettakuntien syntyteorian tulisi selittää eksoplaneettojen kummalliset piirteet. Tähän asti on havaittu yli sata aurinkokunnan ulkopuolista planeettajärjestelmää eli eksoplaneettakuntaa. Ne ovat hyvin erilaisia kuin omamme. Niihin sisältyy kummalliselta näyttäviä järjestelmiä, joissa jättiläisplaneetta tai -planeetat kiertävät keskustähteään keskimäärin lähempänä kuin Merkurius Aurinkoa. On myös havaittu hyvin soikeilla radoilla kiertäviä planeettoja, jollaisia aurinkokunnassamme ei ole. Niiden radan eksentrisyys on jopa yli 0,8, kun taas aurinkokunnan planeettojen eksentrisyys on tyypillisesti alle 0,1.
On olemassa myös järjestelmiä, joissa Jupiterin massainen planeetta kiertää tähteään etäisyydellä, jolla lämpötila sallii veden esiintymisen nestemäisessä muodossa, eli Maata vastaavalla etäisyydellä keskustähdestään. Lisäksi löydettyjen planeettakuntien joukossa on järjestelmiä, joissa kolme tai jopa neljä suurta planeettaa kiertää tähteään alle 5 AU:n etäisyydeltä keskustähdestään. Aurinkoa lähimmän jättiläisplaneetan, Jupiterin, etäisyys keskustähdestään on 5,2 AU ja aurinkokunnan muut jättiläisplaneetat ovat vielä kauempana. Nämä spektroskoopilla löydetyt oudot planeettakunnat ovat todellinen haaste aurinkokunnan syntyteorioiden laatijoille.
Tähtienvälinen aine
Tähtienvälinen avaruus ei ole tyhjää, vaan täynnä kaasua, molekyylejä ja pölyhiukkasia eli tähtienvälistä ainetta. Suurin osa tähtienvälisestä aineesta on vetyä ja heliumia, joukossa on muita alkuaineita ja näiden yhdisteitä, jotka voivat olla pölynä.
Linnunradan tyyppisen kierteisgalaksin massasta noin 10 % on tähtienvälistä ainetta. Aine ei ole myöskään tasaisesti jakautunut vaan se muodostaa toisaalle pilviä ja tiivistymiä, toisaalla taas ainetta on äärimmäisen harvassa. Tähtienvälisen aineen tihentymät muodostavat tavallisesti kuitumaisia filamentteja ja verkkomaisia rakenteita, mikä kertoo aineen turbulenttisesta, pyörteisestä käyttäytymisestä. Turbulenssia aiheuttavat pääasiassa tähtien hiukkastuulet ja supernovien shokkiaallot. Kaasun tiivistymiä kutsutaan molekulaarisiksi pilviksi, sillä niistä on havaittu monia orgaanisia ja epäorgaanisia molekyylejä (esim. CO, CN, CS, SiO, OH, H2O, HCN, SO2, H2S, H2SO ja lukuisia muita vedyn, hiilen typen ja hapen yhdisteitä). Mutkikkaitten molekyylien, mahdollisesti jopa aminohappojen, muodostuminen on mahdollista, sillä nuorten lähitähtien voimakas UV-säteily ei pääse tunkeutumaan pilvien ytimiin asti ja alkuaineet voivat rauhassa muodostaa yhdisteitä.