太阳系是人类的故乡，但它却有太多谜团让我们困惑。从太阳系的诞生到灭亡，从太阳、行星到彗星，每个谜团都和我们息息相关，令我们对太阳系充满了一探究竟的冲动。
大约46亿年前，在银河系一块并不显眼的位置上，酝酿着一起大事件，弥漫在那里的氢气、氦气以及少量的固体尘埃开始凝聚。由于无法抵抗自身的引力，这一新形成的星云坍缩了。在高温的混沌之中，诞生了一颗恒星，这就是我们的太阳。
我们至今仍无法确切地知道，是什么触发了这一过程，或许这一切源自邻近一颗恒星在临死前的大爆发中传来的冲击波。但无论如何，这并非是一件稀罕的事情。自银河系大约在130亿年前诞生以来，此类事情已发生过无数次，而且至今还一再发生。作为一颗恒星，太阳实在是太普通不过了。
然而，据我们目前所知，这又是宇宙中独一无二的大事件。在随后的日子里，从围绕太阳的尘埃盘里，诞生了八颗行星；其中的一颗——地球，因得天时地利的优势，生命在它上面得以涌现；又经过数十亿年，其上进化出智慧生命。得益于造化的鬼斧神工，今天我们可以悠然站在这里发问——
谜一：太阳系是如何形成的？
初看太阳系的这些行星，它们的个头和条件是如此迥异，以至于你会认为它们是依次被太阳“收养”下来的，之间并没有“血缘”关系。但事实上并非如此。太阳系形成的历史告诉我们，它们是有着“血缘”关系的亲兄弟，都源自同一个母腹——坍缩形成太阳的同一团星云。它们之间的关系是如此密切，以至于今天你要是移走一个，或者添加一个，整个太阳系的面貌就要完全改观。
那么，如此精巧的结构是怎么形成的呢？
当太阳形成的时候，它用尽了近99.8%的星云物质。根据目前普遍接受的理论，剩余物围绕太阳形成了一个薄薄的尘埃盘，仿佛它的一条腰带。当尘埃绕太阳转的时候，通过碰撞渐聚渐大。在盘的最内侧，太阳的辐射使那里的温度变得异常高，只有金属和硅酸盐矿物这样一些高熔点的材料才能以固体的形式存在。这就限制了那些地方的天体所能达到的最大尺寸，于是在内太阳系，产生了4颗相对较小的岩石态行星：水星、金星、地球和火星。
而对于处在太阳系外层的行星，却没有那么严格的限制。在那里，甲烷和水都能以固态的形式存在，所以那里的行星个头可以变得很大，形成像木星和土星这样的气态巨行星；在更冷的环境下，还形成了冰质的巨行星——天王星和海王星。不论气态巨行星还是冰质巨行星，它们都拥有一个岩石质的内核。
到目前为止，一切都进展顺利。但当涉及某些具体的细节时，问题就来了。
首先，没有人确切地知道尺寸在几米量级的大石头是如何熔合，形成量级以10千米计的行星的。按理说，这些大石头应该会不停地与周围气体发生摩擦，失去动能，在熔合成一个更大的天体之前，将一个个栽进太阳里去。
最近一个新理论看来有望解决这一难题。它认为，由于气体的扰动形成了低气压的涡流，这些大石头聚集在涡流中，在碰撞中熔合，于是形成了更大的天体。同样的问题也困扰着气态巨行星的形成，它们的固态核必定也是在有气体存在的情况下熔合而成的，这些气体后来被吸积，变作了它们的“外套”。
太阳系在形成之后，还曾经历过一段动荡不安的时期。在别的行星系统中，人们观察到一个被称为“热木星”的现象：一些行星个头犹如木星般大小，但到它们的“太阳”的距离却只有日地距离那么短。目前科学家还不清楚，在太阳系的早期，木星或者土星是否曾一度处在更靠近太阳的位置，后来才迁移出来。若是确有其事，那么内太阳系必定发生过一场大的动荡。
根据一项理论，在太阳诞生后几亿年，外太阳系（太阳系中，小行星带以外的区域叫外太阳系；小行星带介于火星和木星之间）经历过一次重组和扩张。在这一过程中，由于木星和土星在轨道上的某次巧合（那种状态下，它们对某个天体的合力最强），于是在强大的引力的推动下，天王星和海王星移到了它们今天所在的遥远位置上。途中散布的一些小天体坠进了木星，甚至有一些因坠毁时发生激烈碰撞，碰撞后溅射出来的碎片又被抛到了太阳系的深处。这些残骸被认为组成了设想中的奥尔特云（参见谜四）。
离我们最近的一次外太阳系剧变或许还在位于木星和火星之间的小行星带上引起了一场骚动，导致大约40亿年前，也就是太阳诞生之后5到6亿年，大量陨石对地球的狂轰滥炸。但自那时以后，组成太阳系的天体都趋于微妙的稳定和平衡，不用说，这给地球上的生命带来不可估量的好处。
谜二：为什么太阳和月亮在天空中看起来差不多大？
日全食是大自然中最辉煌的片刻之一。在日全食达到鼎盛时，太阳和月球重合得如此之好，以至于只有非常微弱的太阳光才能穿越月球表面崎岖的山谷传到地球上来，产生让人惊叹的钻石闪光般的效果。
这一切都要归因于一个惊人的巧合：太阳的直径是月球直径的400倍，但它离开地球的距离恰是月球的400倍。两个因素相互抵消的结果是，太阳和月球在天空中看起来几乎一般大。这在太阳系八大行星和已知的166颗卫星中是独一无二的。而且地球又恰好是太阳系中唯一的生命避风港，这难道仅仅是巧合吗？
毫无疑问，多数天文学家会说是巧合。但也许事情没那么简单。要知道我们的月球在某些方面的确与众不同。通常认为，那些外太阳系行星譬如木星、土星、天王星和海王星的卫星，是通过两种途径形成的：一种是太阳系形成的“缩小”版，即行星周围的尘埃凝聚成了卫星；另一种是行星靠自己的引力俘获路过的小行星，把它变为了自己的卫星。火星的两颗卫星——火卫一和火卫二，就认为是通过第二种途径得来的，这两颗火星的卫星也是内太阳系中除地球的月亮之外唯一的两颗卫星。
但相对地球来说，我们的月球似乎个头大了点，以至于不能通过上述两种途径形成。目前广为接受的关于月球起源的解释是：在太阳系形成之后的第一个1亿年，一颗火星般大小的行星撞上了地球。这次大撞击不仅在很大程度上重塑了地球，大量溅射出去的碎片最终还凝聚成了月球。
如此大的月球对于地球生命来说是一个莫大的福祉。当地球绕着自己的轴转动的时候，由于受太阳等天体引力的影响，它天然具有摇摆的倾向。而月球的引力像一只看不见的手，悄悄地把摇摆制止了；否则，随着时间的推移，自转的不稳定将导致地球表面气候的剧烈变化，生命的生存将变得困难得多。所以，拥有一个特别大的月球——大到足可以产生日全食——或许是生命起源的一个非常重要的因素。
由于月球是在撞击中，由溅射出去的碎片形成的，这些碎片依然保有向外飞的惯性，所以月球一直在远离我们，现在的速度大约是每年3.8厘米。恐龙看到的日全食与我们看到的不尽相同：2亿年前，月球离地球太近了，足以把整个太阳都遮住，所以在日全食鼎盛时，不会有任何光线透过月球传到地面上来。同样，未来几百万年后，地球上的居民再也没机会看到日全食了，因为那个时候月球离地球太远，在天空中没法遮住整个太阳。
由此看来，我们的幸运是两个因素共同作用的结果：由于撞击形成的月球正在远离，如今刚好处于合适的距离上；同时也由于在这一时期，地球上刚好已经进化出了智慧生命（这一点也一样受惠于月球的存在）。如果你有幸下次看到日全食，可要想到这一点哦。
谜三：还存在未知的行星吗？
当我们在前文中说“在太阳系中添加或者减少一个行星，都会让整个系统大为改观”时，我们是在自认为对太阳系的各部分了如指掌的情况下说这番话的。但有一个传闻说，潜藏在太阳系离我们非常遥远的地方，还有一颗至今未被发现、像地球或者火星般大小的行星X。
如果未知行星X真的被发现了，那它将是自1930年冥王星被发现以来，加入太阳系的最重要的新成员。2006年国际天文学会投票把冥王星从行星的行列赶出去，降级为矮行星时，为判别太阳系的行星设立了三个标准：它必须绕太阳公转；它的引力必须强到足以把自身塑造成近似球形；它的质量必须足够大，能够扫清自己轨道上别的小天体。冥王星没有满足第三个条件，所以就降级了，如今它只是柯依伯带上的众多天体之一，这些天体距海王星轨道大约30到50天文单位（1天文单位相当于地球到太阳的距离）。
任何新的天体要想被承认是行星，都必须首先在柯依伯带上扫清自己的轨道。然而有趣的是，正是对柯依伯带的研究，暗示着或许还存在有未知行星：一些柯依伯带上的天体具有非常扁平的椭圆轨道，而另一些，则轨道平面几乎与多数行星公转的轨道平面成90度角，它们行为如此诡异，或许是因为受到一个质量很大、距离遥远的天体的扰动。
不过，目前天文学家们并没有对此达成共识。因为假设在太阳系形成的早期，有一颗巨行星缓慢地朝外迁移（参见谜一），也能解释柯依伯带上某些天体的反常轨道。
在过去20年里，科学家搜索了大片的天空，并且已经发现了1000多个位于柯依伯带上的天体。但这样大面积的搜寻只能发现那些大的、明亮的天体。一个像火星般大小的天体，要是处于100天文单位位置，就很容易躲过探测。
但这一切很快就会改变。目前，四个装备着世界上最大像素摄像机的天文望远镜，在搜索天空中任何闪烁或者移动的天体。虽然它们的主要目标是发现潜在的飞向地球的陨石，但外太阳系的天体也一样逃不过它们的“眼睛”。
如果发现又一颗新行星，那将是一件激动人心的事情。它将佐证科学家目前关于太阳系演化的理论，甚至还是我们迈向太阳系更深处的一块“垫脚石”（参见谜四）。
谜四：彗星从哪儿来？
宇宙中很少有天体像彗星那样引起人们敬畏的，特别是肉眼能看得见的哈雷彗星，历史上许多次人们把哈雷彗星的出现视为世界末日的到来。
但我们现在知道，彗星其实是一类由冰和尘埃组成的天体，它们以极扁的椭圆轨道绕太阳公转，壮观的彗尾则是因冰块蒸发，又受到太阳风吹拂而形成的。我们甚至知道彗星来自海王星轨道外的柯依伯带。
但是有一个问题。某些彗星，像1997年一扫而过的海尔-波普彗星，在我们的天空中出现的次数太罕见了，它们的轨道一定非常长，以至于超出了柯依伯带。天文学家对此的结论是，我们目前已知的太阳系实际上被一群冰质的“流浪汉”天体包裹着。这些天体则是几十亿年前紧邻太阳的星云盘水分蒸发，受巨行星的吸引逃逸到太阳系外层空间凝结而成的。
这个太空中的“西伯利亚”我们现在称之为“奥尔特云”。是丹麦天文学家奥尔特在1950年首先提出的。这个包裹太阳系近乎球体的弥散结构，还从来没被观察到过，但如果长周期彗星确实来自于此的话，它一定非常辽阔，比柯依伯带外层还远1000多倍。在如此遥远的距离，影响它运动的已不再是太阳系的行星，而是银河系和附近的恒星了。奥尔特云外无疑身处太阳系的最外围，它的外面就是空无一物的虚空。
对于天文学家来说，计算和估计组成奥尔特云天体的尺寸，将有助于重建太阳刚诞生时的图景，或许还可以帮助他们一窥形成巨行星的那些原始碎片。然而不幸的是，如果说寻找未知行星X已经不容易，那么发现奥尔特云就更加困难了。它离我们太遥远，太暗淡，而且组成它的天体又过小，很难被我们观察到。
迄今，关于奥尔特云的信息都来自“迷路”的彗星，这就好比从鲸鱼露出水面的一爿鳍来推测它长什么样子一样。不过即使这样，要描绘出“鲸鱼”的其他部分也将为时不远。奥尔特云里的天体可以散射来自遥远恒星的光，而使恒星稍变得黯淡，这叫“掩食”。尽管这种现象只持续几分之一秒钟，但天文学家却能利用这一现象来测量它们的大小和距离。目前由于受到地球大气的干扰，尽管在地面探测遥远的奥尔特云天体还不可能，但未来空间望远镜应该能够胜任。
此外，还有另一些谜有待解决。譬如，迄今长周期彗星的数量和轨道暗示着奥尔特云包含上万亿个直径达千米甚至更大的天体，总质量可达地球的好几倍。但这么多的物质超出了目前太阳系形成理论可解释的范围，难道我们对太阳系形成的解释是错误的？
谜五：太阳系是独一无二的吗？
自从1992年以来，天文学家已经甄别出了280颗太阳系外行星。它们多数不像我们的地球，不过这并不奇怪，其实是由目前探测技术的局限性造成的：行星绕恒星转时，恒星也要绕着它们共同的质心转动。当然，一般来说由于恒星和行星的质量悬殊，恒星转动的幅度非常小。于是在我们看来，恒星就会发生周期性的“摆动”。目前，多数情况下天文学家就是通过观察恒星的摆动来推测行星的存在的；但行星越小，恒星的摆动就越轻微，假如行星像地球那么轻，那恒星的摆动几乎难以探测。
目前发现的大多数太阳系外行星都是像木星或者海王星那样的气态巨行星，不同点是，它们离自己的“太阳”很近，只相当于日地之间的距离。离母恒星距离更远的行星目前还没被发现，因为这类行星需要10多年或者更长的时间才能完成一个周期，而采用上述办法很少能坚持观测这么长时间。
根据标准的太阳系形成理论，气态巨行星不应该在那么靠近恒星的位置出现，因为恒星的辐射会阻止较大岩石质核的形成（参见谜一）。不过有一点或许能解开这一谜团：尽管我们太阳系中的行星轨道都近似圆形，但这些太阳系外巨行星的轨道却是高度扁平的椭圆形，这说明大多数行星系统看来都有过比太阳系更加动荡的历史，一些当初距离比较远的巨行星，为了竞争生存空间，或许曾经把对手挤进一些更近、更奇特的轨道。
有很多证据表明，岩石质行星比我们最初设想的要普遍得多。2008年美国宇航局利用空间望远镜发现，在年轻恒星周围，岩石质行星的形成率可达20%到60%。
即使岩石质行星这么普遍，但要在其上发现生命的前景却没那么乐观。天文学家对围绕老年恒星的尘埃云的观测表明，在10个恒星系统中，有9个看起来比我们的太阳系有着更多的尘埃，有些甚至是太阳系的20倍还多，这些尘埃很可能是彗星碰撞留下的。从地球上的经验我们知道，行星过于频繁地受到彗星碰撞，对生命的生存是十分不利的。
我们的存在，很大程度上得益于一些重量级“巨人”的把守：遥远巨行星，尤其是木星的引力，在彗星侵入到内太阳系之前就改变它们的轨道，从而把它们驱逐出去。
要判断太阳系在宇宙中是否唯一，既需要找到地球大小的太阳系外行星，又要找到离开母恒星更远的巨行星，因为这正是太阳系的两个特点。但目前这两个问题都没解决，所以这个问题我们现在还不好回答。
谜六：太阳系将如何终结？
我们生活在太阳系活动相对平静的时期。太阳系最骚动不安的时期发生在最初的1亿年，行星就是那个时候形成的（参见谜一），此后，还可能发生过巨行星迁移和那些躲过木星阻挡的彗星的轰炸等大事件，但这一切也已经离我们很遥远了。如今太阳在稳定地燃烧，行星像钟表针一样绕着太阳转，生命在地球上按部就班地繁衍着，在太阳系中几乎没什么大事发生。
但这一切不会永远持续下去。有些不愉快的事情注定要打破这令人舒适的安宁。
首先，从现在数起，大约60亿年后，太阳将趋于死亡。这看起来似乎还很遥远，但在这之前事情就已经变糟了。今天太阳系平静的背后其实已经埋下了混乱的种子。即便是最轻微的不规则，随着时间的推移也会逐渐积累，最终改变行星的轨道。从现在到太阳的最后日子，据计算大概有2%发生大灾祸的概率。譬如说火星也许会太靠近木星，被引力甩出太阳系；假如我们特别晦气，水星甚至还会撞到地球上来。
与此同时，太阳将变得越来越明亮。在20亿年内，它的辐射将可能摧毁地球上的生命。另一方面，火星如果那时还在，将会拥有一个相对舒适的气候环境。虽然它今天死气沉沉，但终有一天会变得生机盎然。
当太阳上的氢燃尽后，整个结构就会发生剧烈的变化。它将慢慢膨胀，变成一颗红巨星，体积将是现在的上百万倍，不仅吞食掉水星和金星，甚至还有地球。
那时，火星也寿终正寝了。但土星和木星目前的那些冰质卫星，或许会相继成为生命的庇护所。土星的一颗大卫星——泰坦，将是生命理想的栖居之地，它上面现在就有了许多有机分子。红巨星散发的热量将让泰坦表面的固态水和氨融化，而这些有机分子也许最终会进化出生命。
任何从这些星球上进化出来的生命将看到与我们所见完全不同的天空。到那时，银河系或许已经与我们的邻居仙女座相撞，合成了一个大星系，在新的星系里，恒星不断地形成，将把整个天空照亮。这些恒星将是孕育新一代“太阳系”的摇篮。
但太阳系中，任何在我们之后孕育出来的生命，它们存在的时间都不会太长。太阳在短时间内变成红巨星后，它将渐渐熄灭，把外壳抛却后，最终变成一颗白矮星。短时间内曾经舒适宜人的泰坦，将再一次被冰封上。虽然木星和土星将会在轨道上继续运行上百亿年，但天王星和海王星却会被木星和土星驱逐出太阳系，或者被路过的某颗恒星掠走。
未来的事总是不确定的，也许会发生另外一种情况，整个太阳系在银河系和仙女座碰撞中，被抛了出去，在空无一物的虚空中流浪。这样，行星们避免了被恒星掳掠走的命运，将继续绕着逐渐变得暗淡的太阳转，直到它们的能量被渐渐消耗（根据广义相对论，转动的物体会辐射引力波，一部分能量被引力波带走）。最后，它们沿着螺旋轨迹一头栽进太阳，以一道划破黑暗的闪光结束它们的一生。
那个时刻，诞生于太阳系的人类会在哪里？
