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行星的誕生故事看似是一步步朝各階段前進的穩定過程，但實際上卻混亂無比。
在整個敘述膨脹宇宙的偉大故事中，行星雖然只是個無足輕重的小角色，但卻是宇宙裡最豐富多變且錯綜複雜的天體。沒有任何其他天體和行星一樣，同時經歷了天文、地質、化學與生物等各層面複雜的交互作用。宇宙中更沒有其他地方，能夠像行星一樣維持我們所知道的生命現象，像我們太陽系這樣的行星系統，在許多方面其實差異極大；而在過去10年裡，即便天文學家並未特意搜索，卻已經意外發現了200顆以上的行星。
這些行星具有各式各樣的質量、大小、組成與軌道，對於想要探索它們起源的人來說，是極大的挑戰。1970年代我還是個研究生時，我們認為行星的形成是個井然有序、模式固定的過程；就像是一條裝配線，把雜亂無章的氣盤與塵埃，製造成許多類似太陽系的行星系統。現在，我們逐漸理解那其實是個混亂無序的過程，每個系統的結局截然不同。最終所勝出的世界，是在創生與毀滅這兩種紛擾躁動、互相競爭之機制下的倖存者，其中有許多行星會爆裂開，被剛誕生的恆星吞食，或者被彈射進星際深空。我們地球也許有失散多時的兄弟姊妹，正在黯淡無光的太空中飄浮流浪。
行星形成的研究涉及天文物理、行星科學、統計力學與非線性動力學等領域，行星科學家已大致發展出兩種主要理論。連續吸積（sequential-accretion）學說認為，細微的塵埃顆粒會聚積成堅硬的石塊，然後吸引大量氣體，形成木星般的氣態巨行星（gas giant）；若沒有吸引到大量氣體，就變成類似地球的固態行星。這理論的主要缺點是整個過程太緩慢，氣體可能在行星建構完成前便逸散無蹤了。
另一個是重力不穩定性（gravitational-instability）學說，它認為氣態巨行星形成於不成熟氣盤與塵埃崩解時的驟然撕裂聲中，這是一種恆星形成過程的小型翻版。這項假說仍有爭議，因為它假設必須有非常不穩定的條件存在，而自然環境可能無法滿足這種極端條件。況且，天文學家已經發現最重的行星與最輕的恆星間有道鴻溝，也就是說，尺度介於兩者之間的天體非常稀少。這個不連續性意味著行星的形成並非等同單純的小型恆星，它應該和恆星有著全然不同的起源。
雖然研究人員尚未完全解決這個爭論，但多數認為連續吸積學說是兩者之中較可行的理論。我將在這裡探討此學說。
1.星際雲崩塌
時間：0（行星形成過程的起點）
我們太陽系所在的星系，是由1000多億顆恆星所構成的，恆星間瀰漫著的雲氣與塵埃，大部份是前幾代恆星所遺留下來的殘骸。「塵埃」在這裡指的是凝聚在恆星外層較冷的微小冰粒、鐵，以及其他固態物質，它們在恆星死亡時被拋入星際空間中，當雲氣夠冷且夠緻密時，就會因重力坍塌而形成恆星。這整個過程需要10萬至數百萬年（參見延伸閱讀1）。
環繞在每一顆恆星周遭的旋轉圓盤是由剩餘物質構成的，而那就是建構行星的必要物資。剛形成的圓盤主要成份是氫氣與氦氣，在圓盤高溫緻密的內層區域，塵埃顆粒會被氣化，而在又冷又稀薄的外層，塵埃粒子可以倖存，並且會因為氣體凝結在它們身上而成長。
天文學家已發現了許多年輕恆星的周圍環繞著這種圓盤。年齡介於100萬~300萬年的恆星具有富含氣體的圓盤；而恆星的年齡大於1000萬年以上時，其圓盤則貧瘠而缺乏氣體，因為氣體不是被剛誕生的恆星、就是被鄰近的亮星吹散了。而在這兩段時間之間就是行星形成的時期。圓盤的重元素含量大致與太陽系行星所具有的重元素含量相當，這提供了一個強而有力的線索，證實行星的確來自於這類氣盤。
結果：新誕生的恆星周圍環繞著氣體與微米大小的塵埃顆粒。
2.行星盤出現
時間：大約100萬年
原行星盤裡的塵埃顆粒會受到鄰近氣體的翻攪而與其他塵埃碰撞，有時會黏在一塊，有時則彼此分離。塵埃顆粒吸收星光後，再發射短波長的紅外光，確保熱能傳達到圓盤內部最陰暗的角落。氣體的溫度、密度與壓力隨著與恆星距離的增加而遞減。由於需顧及壓力、旋轉與重力的平衡，氣體繞著恆星的速度，會比獨立物體以同樣距離繞行的速度稍慢。
如此一來，直徑大於數毫米的塵埃顆粒速度將比氣體還快，因而遭遇逆風使速度降低，導致它們朝著恆星向內盤旋。顆粒越大，盤旋的速度就越快，顆粒的大小每增大一公尺，就可以在1000年內將它與恆星的距離減半。
當它們靠近恆星，顆粒的溫度會升高，最終使得水份與其他低沸點的揮發性物質沸騰起來。這個現象發生時的距離稱為「雪線」（snow line），大約離恆星2~4個天文單位（AU，1AU等於一個地球軌道的半徑）。我們太陽系的雪線位置，就落在火星軌道與木星軌道之間。雪線將行星系統劃分為擁有固態物體但揮發性物質稀少的內行星區，以及富含揮發性物質與冰冷物體的外行星區。
在雪線上，水分子從塵埃顆粒上蒸騰之後會聚積在一塊兒，而水份的聚積則會引發一連串的效應，使得雪線上的氣體性質產生不連續性，進而導致該處的壓力下降。然後，力的平衡將促使氣體加速環繞中心恆星，結果造成附近的顆粒不再感受到逆風，反而是令它們提升速度的順風，因而阻止它們進一步向內遷移。當顆粒不斷從圓盤外層抵達時，便會堆積在雪線上，這樣一來，雪線就變成雪庫了。
塵埃顆粒會因擠在一起彼此碰撞而成長，有些顆粒會衝破雪線，持續向內移動，但在這過程中，它們會吸附融雪及複雜的分子，變得更黏稠。有些地方因吸附了太厚的塵埃，使得顆粒整體的重力亦加速了它們自身的成長。
經由這些過程，塵埃顆粒將自己包裹成直徑以公里計的物體，稱做微行星（planetesimal）。在微行星形成的階段結束前，微行星會把絕大多數的原始塵埃清掃乾淨。微行星很難直接觀測到，但天文學家可從它們碰撞的殘骸推論出它們的存在（參見延伸閱讀2）。
結果：出現大量公里尺度的微行星，是建構行星的材料。
3.行星胚胎形成
時間：100萬~1000萬年
水星、月球與小行星上坑坑洞洞的景觀，令人深信初期的行星系統是個不折不扣的靶場。微行星間會碰撞堆疊起來或相互撞開，在此平衡過程中形成了大小不一的物體；其中，小型物體可用來解釋新興系統的表面樣貌，而大型物體則成為系統質量的主要來源。新系統的初始軌道可能是橢圓形，隨著時間的演進，氣體的碰撞與拉扯會把繞行恆星的路徑修成圓形。
剛開始物體是在自我增強的過程中成長，微行星長得越大，重力就越強，也就能越快掃除四周較輕的夥伴。但是當質量成長到接近月球質量時，它們強大的重力會攪動周遭的固態物體，迫使其中大部份物體在碰撞前改道。如此一來，它們自身的成長便會受到限制，並演變出「寡頭系統」，也就是有一群質量大致相仿的行星胚胎，爭相競逐剩餘的微行星。
每個行星胚胎的進食帶，是以軌道為中心的狹長帶狀區域。在攫取了該區域中大部份的微行星後，胚胎就停止成長了。利用簡單的幾何學知識，我們知道進食帶的面積與攝食時間的長度，會隨著與恆星的距離增加而成長。在1AU的距離，行星胚胎最多只能於10萬年內長到0.1個地球質量大小。如果距離為5AU，它們可於數百萬年內長到4個地球質量，在雪線附近或氣盤裂隙邊緣的行星胚胎，甚至可以長得更大，因為微行星容易聚集在那裡。
寡頭系統的成長使得系統內充斥了過多的準行星，但其中僅有少數能夠存活下來。我們太陽系裡的行星看來似乎相距遙遠，但它們其實已經盡可能緊靠在一起了。假如把另一顆地球質量大小的行星擺進今天類地行星間的空間裡，將會破壞整個系統的穩定性。這道理也適用於其他的行星系統。如果你發現有杯咖啡滿到杯口，你會合理地認為一定有人在倒咖啡時倒得太滿，導致曾有部份溢出，因為要完全盛滿而不溢出一滴咖啡似乎不太可能。同理，行星系統在開始成形時所具備的物質，應該會比最後完成時還多，物體會不斷被拋射彈出，直到系統達成平衡狀態為止。天文學家已經觀測到一些自由飄浮在年輕星團裡的行星了。
結果：質量介於月球和地球之間的行星胚胎所構成的寡頭系統。
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