Все начинается в огромном, довольно плотном и очень холодном облаке межзвездной пыли и газа. Под влиянием собственной тяжести это облако все время стремится стянуться к центру. Как говорят, оно гравитационно неустойчиво. Мешает такому «провалу в себя», или коллапсу, наличие в облаке заряженных частиц, которые при своем движении создают магнитные поля. Магнитные поля внутри облака препятствуют его сжатию, но только до поры до времени.
Некоторые облака оказываются так велики, что их тяжесть преодолевает упрямство магнитных полей, эти облака начинают сжиматься, нагреваться, и в их глубинах рождается звезда. Вокруг нее обращается огромный диск — остаток бывшего облака. Такой диск и становится со временем местом рождения планет. Сегодня такие «протопланетные» диски обнаружены уже вокруг очень многих звезд, и считается, что там, где есть диск, со временем будут, а может, уже и есть скрытые внутри диска планеты.
Имеющиеся на сегодняшний день теоретические расчеты приводят к выводу, что существует два способа формирования планет в таком протопланетном диске. Во-первых, планеты могут возникать за счет гравитационной неустойчивости. Чем больше плотность вещества диска, тем вероятнее, что в каких-то его местах противодействие местных магнитных полей будет преодолено гравитацией и здесь образуются первые уплотнения, сгустки вещества, зародыши будущих планет. Беда, однако, в том, что при таком сжатии вещество зародыша разогревается и стремится разлететься, рассеяться обратно. При образовании звезды сжимающаяся масса была настолько огромна, что могла преодолеть рост температуры (и все равно в центре та достигала миллиардов градусов), но остатки газа в диске не могут создать таких огромных сгустков. А сильное сжатие небольшого сгустка (вплоть до образования плотной планеты) требует непрерывного — и очень эффективного — отвода внутреннего тепла. В космических условиях это случается редко, и поэтому теоретики склонны сегодня считать, что, как правило, гравитационный коллапс малых сгустков не достигает завершения. Иными словами, планеты не конденсируются напрямую из протопланетного диска путем гравитационного сжатия. Скорее всего, они образуются другим путем.
Этот другой путь, указываемый теорией, называется «наращиванием ядра» (core-accretion). Сначала образуется некое малое скопление — что-то наподобие комка пыли, грязи и волос, который можно обнаружить, отодвинув диван в комнате. Особенность таких скоплений — в их больших размерах сравнительно с небольшой массой. Эти размеры позволяют сгустку все время захватывать новые и новые пылинки и тем самым непрерывно расти. Теория планетообразования исходит сегодня из предположения, что в протопланетном диске тоже образуются такие первичные «комки», или «ядра», но пока не может объяснить, как именно они образуются. Дело в том, что, будучи чуть более плотными, чем окружающий газ и пыль, они должны двигаться чуть быстрее, а это вызывает встречный «ветер», который стремится их разрушить. Как
они выживают, непонятно. Некоторые теоретики думают, что этому как- то помогают «водовороты», точнее, «газовороты» внутри диска, другие думают, что такой зародыш планеты образуется все-таки посредством небольшого «гравитационного коллапса», но, достигнув размера в несколько километров, перестает сжиматься и продолжает расти уже только за счет «наращивания», то есть притягивания к себе окружающего вещества.
Как показывают расчеты, примерно через 100 тысяч лет после образования диска, то есть почти одновременно с образованием звезды, в нем могут существовать триллионы (!) таких километровых зародышей, или, как их называют, планетезималей. Их так много, что они неизбежно должны сталкиваться друг с другом. Результат соударений зависит от расстояния до центральной звезды. Эта звезда разогревает диск, и даже на его окраинах температура поднимается до нескольких десятков градусов Кельвина. Поэтому на определенном расстоянии от звезды в диске возникают условия, когда молекулы воды, входящие в состав планетезималей, уже превращаются в лед, но вещества в этом месте еще достаточно много, чтобы планетезимали были довольно плотными. Такое расстояние называется «границей льда».