Questa domanda può essere divisa in due; per pianeti e satelliti.
La diversità dei pianeti riflette in parte la diversità in termini di composizione chimica del disco protoplanetario. Sappiamo che le radiazioni UV del sole possono dissociare molecole complesse o anche molto semplici; per esempio, quando i raggi UV dividono le molecole d'acqua, si ottengono atomi di idrogeno e di ossigeno liberi. Poiché l'idrogeno è estremamente leggero, possono essere trasportati facilmente sul flusso di venti stellari. Quindi, per mantenere quell'esempio, l'acqua, se vicina al sole, potrebbe essere dissociata e impoverita dalla regione del disco, ma al di sopra della cosiddetta "linea della neve"Le radiazioni UV del Sole erano così deboli che questo non poteva accadere così spesso e quindi le molecole d'acqua (che sono molto pesanti rispetto ai singoli atomi di idrogeno), rimasero lì. Ciò spiega solo la dicotomia tra i pianeti interni ed esterni in termini di contenuto idrico e anche allora, alcuni processi (come il bombardamento tardivo e pesante ) potrebbero aggiungere un po 'd'acqua all'interno (come è successo sulla Terra). Ma questo ragionamento non è solo per l'acqua, l'anidride carbonica, l'ammoniaca, il metano e le centinaia di molecole diverse hanno le loro "linee di gelo". Più vicino al sole il carbonio non può essere metano è un gas volatile che viene rapidamente spinto verso l'esterno, ma ad alcuni decimi di UA il metano può rimanere in condizioni stabili e persino condensarsi in goccioline liquide.
Tutto questo solo per dire che il disco protoplanetario NON era omogeneo in termini di composizione chimica, e non era omogeneo in termini di densità o pressione. Il gradiente termico e chimico attraverso la nebulosa garantisce una certa diversità e complessità per l'intero sistema planetario.
Qui hai un diagramma beutifull che mostra come diversi composti chimici potrebbero condensarsi a diverse temperature e pressioni sul disco protoplanetario.
Anche l'accrescimento dei planetesimi è più energico più vicino al Sole (il che significa che le rotture possono verificarsi più frequentemente ed è difficile che un pianeta si ingrandisca), mentre nelle regioni esterne i pianeti possono aumentare in massa con regolarità poiché le collisioni con altri planetesimi vengono eseguite a velocità relative inferiori (a causa del modo in cui due orbite simili hanno una differenza in periodi che si ingrandiscono quando ci si avvicina al Sole e quindi velocità relative maggiori). Questo è coagulato con le interazioni gravitazionali dei protopianeti e del primo disco (vedi migrazione planetaria e bel modelloecc ...) consentono diversi tassi di accrescimento e l'accrescimento di materiali di diversa composizione di ciò che è stato trovato nel luogo originale di formazione di un particolare planetesimale. Questo aiuta anche a mantenere un'ampia varietà sulle masse planetarie.
Un'ampia varietà di masse planetarie è il punto di partenza per una variazione più ampia man mano che i pianeti si evolvono nel tempo e divergono dalle loro condizioni iniziali. Un piccolo pianeta roccioso (Mercurio) potrebbe avere meno calore intrappolato all'interno di un più grande (Terra), a causa della minore energia rilasciata da tassi di accrescimento più piccoli. Quindi potrebbe raffreddarsi rapidamente e una magnetosfera a causa di un interno fuso non può accadere. L'assenza di una magnetosfera consente alle particelle cariche di vento solare di erodere la tua atmosfera sputando. Invece su un pianeta come la Terra, la massa maggiore ha portato a un interno fuso che a sua volta ha generato una magnetosfera che è durata per miliardi di anni, in Marte è durata un po 'di tempo ma ora è quasi sparita, quindi anche l'atmosfera è stata quasi distrutta. Sulla Terra la pressione di un'atmosfera dipende da ogni sorta di erosioni e fenomeni chimici. Inoltre, l'interno fuso insieme alle caratteristiche specifiche della sua composizione chimica e lo spessore della crosta consentono un meccanismo chiamato tettonica a zolle. La tettonica non può accadere su Venere perché la crosta non è così spessa (a causa della diversa composizione) e quindi non si rompe in piatti, ma si deforma e si piega in un comportamento complesso che è unico per Venere.
Anche le collisioni con planetessimali possono alterare l'evoluzione futura di pianeti simili. Venere era probabilmente molto simile alla Terra (massa simile, composizione molto simile e temperature non così diverse come si potrebbe pensare) ma i loro percorsi divergevano completamente mentre la tettonica sulla Terra riciclava la litosfera e su Venere l'anidride carbonica era più intrappolata in un effetto serra, e poiché la Terra ha avuto una collisione con un altro pianeta che ha la nostra Luna, che è uno stabilizzatore meccanico mentre una collisione casuale con Venere (con diversi parametri di impatto) ha portato a una rotazione estremamente lenta e a lunghi giorni (ma senza lune). Giorni più lunghi significano un isolamento diverso e questo cambia drasticamente il clima di un pianeta. Su Marte i giorni sono simili a quelli della Terra, ma poiché è più piccolo e l'atmosfera è andata via molte cose sono molto diverse dalla Terra. Anche,
Per vedere quanto diversa può essere l'evoluzione di due oggetti planetari semplicemente facendo in modo che la loro diversa massa dia un'occhiata alla nostra Luna. Ha la stessa composizione chimica (in realtà è un pezzo dalla Terra), è sostanzialmente alla stessa distanza dal Sole della Terra, vive nello stesso ambiente interplanetario (stessa radiazione solare, vento solare, tassi di impatto ecc. .), eppure è completamente diverso. Tutto questo è dovuto alla massa! La luna non può conservare una grande atmosfera come la Terra perché ha meno attrazione gravitazionale. La stessa temperatura per la nostra atmosfera lì significa che le particelle raggiungono facilmente la velocità di fuga e iniziano a fuggire dall'abitazione gravitazionale. Senza atmosfera, né calore interno, la luna è priva di qualsiasi tipo di erosione in miliardi di anni di evoluzione. I processi di erosione sulla Terra hanno fatto esplodere la diversità delle formazioni geologiche rispetto a quelle trovate sulla Luna. Anche allora la luna ha le sue peculiarità e caratteristiche dinamiche uniche ad essa.
Ora ci stiamo avvicinando alla domanda sui satelliti. In effetti dovrebbero apparire quasi uguali, poiché sono formati da materiale molto simile in condizioni estremamente simili. E in effetti crediamo che originariamente le lune fossero molto simili (ad esempio le 4 lune galileiane). Ma Io è vicino a Giove e le altre lune interagiscono con esso in modo tale che i processi geologici sono completamente diversi. L'acqua e le sostanze volatili evaporarono rapidamente mentre si riscaldava con le forze di marea di Giove. Queste forze di marea non erano così forti in Europa poiché erano più lontane, quindi fondevano solo parte della creatina di crosta ghiacciata un analogo del ghiaccio della tettonica a zolle che generava una pletora di diverse formazioni. I satelliti si evolvono. Encelado spara getti a causa di interazioni di marea e risonanze orbitali con altre lune. Alcune lune come Japeto hanno una superficie a doppio colore a causa del materiale spruzzato da Encelado che atterra su uno dei suoi lati. Alcune lune come Triton non hanno nulla a che fare con l'altra perché si sono formate in un'altra regione del Sistema solare e successivamente sono state intrappolate dall'attrazione gravitazionale di un pianeta (Nettuno in questo caso).
Come ho detto precedentemente. Le atmosfere (densità, composizione e pressione) dipendono in gran parte dalla massa del pianeta o della luna. Guarda questo grafico:
Mostra la velocità delle molecole di gas in relazione alla temperatura del gas. Per temperature più elevate le molecole di gas si muovono più velocemente. In un pianeta con massa bassa, la velocità di fuga è inferiore a quella con una massa maggiore. Quindi un pianeta più vicino al sole (a temperatura più elevata) deve avere dimensioni maggiori se vuole preservare le stesse molecole di gas nella sua atmosfera di un pianeta che è più lontano (più freddo). Puoi capire perché l'atmosfera terrestre potrebbe intrappolare e trattenere acqua, ossigeno, anidride carbonica, ammoniaca, azoto metano e altri gas mentre non è in grado di intrappolare idrogeno ed elio (perché sono più leggeri e quindi alla stessa temperatura possono muoversi più velocemente che necessario per sfuggire alla Terra). Nel frattempo, la Luna, che ha lo stesso calore proveniente dal Sole della Terra, dal momento che è meno massiccia non può trattenere quasi nessun gas (meybe un po 'di Xenon). Titano, è un'enorme luna, quindi può trattenere molte molecole di gas come azoto e ossigeno (quelle a loro volta rendono la pressione abbastanza elevata da trattenere anche i volatili come il metano in una forma liquida in superficie). Ma perché Ganimede non ha la stessa atmosfera di Titano se hanno sostanzialmente le stesse dimensioni? Poiché Ganimede è più vicino al Sole, una temperatura più elevata significa che le molecole si muovono più velocemente e quindi sfuggono facilmente alla sua attrazione.
Come puoi vedere, i complessi processi delle atmosfere di una luna o di un pianeta cambiano tutto (erosione, processi di riciclaggio, corrosione chimica, ecc ...) e, a sua volta, la diversità delle atmosfere deriva da una diversità di masse e distanze dal Sole.
Penso che il Sistema Solare sia un sistema caotico, dinamicamente, geologicamente, chimicamente ecc ... Il caos significa che per una piccola differenza nelle condizioni iniziali il sistema si evolverà in diversi stati esponenzialmente divergenti. I pianeti e le lune potrebbero essere nati come oggetti simili ma la storia e le dinamiche caotiche del sistema si sono evolute in ambienti completamente diversi. Non solo, ma la verità è che i pianeti non sono partiti da uguali, ma erano molto diversi da quelli dell'inizio, quindi immagina quanto lontano diventa Venere per diventare un Titano o un Io per diventare una Terra.
Inoltre ci sono processi e condizioni che sono particolarmente adatti alla divergenza. Ad esempio: la Terra è molto dinamica mentre Marte, Venere, Mercurio, Luna e altri non lo sono affatto. Perché? perché sulla Terra può esistere acqua in 3 diversi stati della materia. Possiamo trovare acqua liquida, vapore acqueo e ghiaccio in diverse regioni e stagioni. E questo perché la Terra ha una temperatura media e l'atmosfera ha la giusta pressione per permetterlo. Le condizioni della Terra sono molto vicine al triplo punto dell'acqua (dove tutti e tre gli stati della materia coesistono), ecco perché abbiamo un ciclo dell'acqua sulla Terra, con fiumi e glaciali che erodono il paesaggio e le nuvole che regolano il clima.
Marte, Venere, Mercurio, hanno tutti temperature e pressioni dove questo non può accadere, non solo sull'acqua ma su molti composti presenti lì. Sai dove può succedere? Su Plutone! Questo è stato molto sorprendente, Plutone mostra una varietà di terreni e caratteristiche geologiche che soddisfano tutte le aspettative. Ora sappiamo che questo è perché Plutone è estremamente dinamico (come la Terra) e possono verificarsi molti processi di erosione e geochimici, ma ciò non è dovuto all'acqua (poiché Plutone ha bassa pressione e basse temperature), ma a causa dell'azoto e Neon! Entrambi gli elemeti hanno il loro triplo punto all'interno della gamma di condizioni di Plutone e quindi sono attesi fiumi al neon, glaciali di azoto e pericoli su questo pianeta nano.
È davvero una domanda interessante. Quanto sono incredibili le leggi della natura che consentono un'estrema varietà anche tra fratelli. Mi chiedo come potrebbe essere un pianeta attorno a qualsiasi altra stella, le nostre semplici categorie di gioviali caldi, mini-nettuno, super-terras, ecc ... sono così primitive e restrittive. Ciò che ci meraviglia ci aspetta in questo cosmo complesso e diversificato va oltre la nostra comprensione.