Te pytania można podzielić na dwie części; dla planet i satelitów.
Różnorodność planet częściowo odzwierciedla różnorodność pod względem składu chemicznego dysku protoplanetarnego. Wiemy, że promieniowanie UV ze słońca może oddzielić złożone cząsteczki, a nawet bardzo proste; na przykład, gdy promienie UV rozszczepiają cząsteczki wody, powstaje wolny atom wodoru i tlenu. Ponieważ wodór jest wyjątkowo lekki, można go łatwo transportować w strumieniu wiatrów gwiazdowych. Tak więc woda, zgodnie z tym przykładem, jeśli blisko słońca mogłaby w końcu zostać zdysocjowana i zubożona z obszaru dysku, ale powyżej tak zwanej „linii śniegu”Promieniowanie UV ze Słońca było tak słabe, że nie zdarzało się tak często, dlatego cząsteczki wody (które są bardzo ciężkie w porównaniu do pojedynczych atomów wodoru) pozostały tam. To tłumaczy tylko dychotomię między planetami wewnętrzną i zewnętrzną pod względem zawartości wody, a nawet wtedy niektóre procesy (jak późne ciężkie bombardowanie ) mogą dodać trochę wody do wnętrza (tak jak miało to miejsce na Ziemi). Ale to rozumowanie dotyczy nie tylko wody, dwutlenku węgla, amoniaku, metanu i setek różnych cząsteczek ma swoje własne „linie mrozu”. Bliżej słońca węgiel nie może być metanem, jest lotnym gazem, który szybko wypycha się na zewnątrz, ale w niektórych dziesiątkach AU metan może pozostawać w stabilnych warunkach, a nawet kondensować w postaci kropelek cieczy.
Wszystko po to, by powiedzieć, że dysk protoplanetarny NIE był jednorodny pod względem składu chemicznego i nie był jednorodny pod względem gęstości lub ciśnienia. Gradient termiczny i chemiczny w mgławicy zapewnia pewną różnorodność i złożoność całego układu planetarnego.
Oto piękny schemat pokazujący, jak różne związki chemiczne mogą kondensować w różnych temperaturach i ciśnieniach na dysku protoplanetarnym.
Również akrecja planetozymaliów jest bardziej energetyczna bliżej Słońca (co oznacza, że rozbicia mogą występować częściej i trudno jest planecie urosnąć), podczas gdy w regionach zewnętrznych planety mogą regularnie zwiększać swoją masę, ponieważ zderzenia z innymi planetozymalami odbywają się w niższe prędkości względne (z powodu tego, że dwie podobne orbity mają różnicę w okresach, które stają się większe, gdy zbliżasz się do Słońca, a tym samym większe prędkości względne). To skupiło się na oddziaływaniach grawitacyjnych protoplanet i wczesnego dysku (patrz migracja planet i ładny modelitd ...) pozwalają na różne szybkości narastania i narastanie materiałów o różnym składzie tego, co znaleziono w pierwotnym miejscu formowania się określonej planety. Pomaga to również zachować dużą różnorodność mas planetarnych.
Różnorodność mas planetarnych jest punktem wyjścia do większych zmian, gdy planety ewoluują w czasie i odbiegają od swoich początkowych warunków. Skalista mała planeta (Merkury) może mieć w sobie mniej ciepła uwięzionego niż większa (Ziemia), z powodu mniejszej energii uwalnianej przy mniejszych szybkościach akrecji. W ten sposób może szybko się ochłodzić i magnetosfera z powodu stopionego wnętrza nie może się zdarzyć. Brak magnetosfery pozwala cząstkom naładowanym przez wiatr słoneczny erodować atmosferę przez rozpylanie. Zamiast tego na planecie takiej jak Ziemia, większa masa doprowadziła do stopienia wnętrza, które z kolei wytworzyło magnetosferę, która trwała przez miliardy lat, na Marsie trwała ona trochę, ale teraz prawie jej nie ma, więc atmosfera została prawie zniszczona. Na Ziemi obecność atmosfery prowadzi do różnego rodzaju erozji chemicznych i zjawisk. Ponadto jego stopione wnętrze w połączeniu ze specyfiką jego składu chemicznego i grubości skorupy pozwalają na mechanizm zwany płytową tektoniką. Tektonika nie może się zdarzyć na Wenus, ponieważ skorupa nie jest tak gruba (z powodu innego składu), a zatem nie pęka odłamków na płytkach, a jedynie odkształca się i składa w złożone zachowanie, które jest unikalne dla Wenus.
Również zderzenia z planetozymami mogą zmienić przyszłą ewolucję podobnych planet. Wenus była prawdopodobnie bardzo podobna do Ziemi (podobna masa, bardzo podobny skład i nie tak różne temperatury, jak mogłoby się wydawać), ale ich ścieżki całkowicie się rozeszły, gdy tektonika na Ziemi odzyskała litosferę, a na Wenus dwutlenek węgla został bardziej uwięziony w efekcie cieplarnianym, a ponieważ Ziemia zderzyła się z inną planetą, która ma nas naszym Księżycem, który jest mechanicznym stabilizatorem, podczas gdy losowe zderzenie z Wenus (o różnych parametrach uderzenia) doprowadziło do wyjątkowo powolnej rotacji i długich dni (ale bez księżyców). Dłuższe dni oznaczają inną izolację, a to drastycznie zmienia klimat planety. Na Marsie dni są podobne do ziemskich, ale ponieważ są mniejsze, a atmosfera zniknęła, wiele rzeczy jest bardzo odmiennych od Ziemi. Również,
Aby zobaczyć, jak różna może być ewolucja dwóch obiektów planetarnych, po prostu zmieniając ich masę, spójrz na nasz Księżyc. Ma ten sam skład chemiczny (w rzeczywistości jest kawałkiem Ziemi), jest zasadniczo w tej samej odległości od Słońca co Ziemia, żyje w tym samym środowisku międzyplanetarnym (to samo promieniowanie słoneczne, wiatr słoneczny, uderzenia itp.) .), a jednak jest zupełnie inaczej. Wszystko to z powodu masy! Księżyc nie może zachować dużej atmosfery jak Ziemia, ponieważ ma mniejszą siłę grawitacji. Ta sama temperatura dla naszej atmosfery oznacza, że cząstki łatwo osiągają prędkość ucieczki i zaczynają uciekać z przestrzeni grawitacyjnej. Bez atmosfery, bez wewnętrznego ciepła księżyc nie ma prawie żadnej erozji w ciągu miliardów lat ewolucji. Procesy erozji na Ziemi spowodowały, że różnorodność formacji geologicznych eksploduje w porównaniu z formacjami występującymi na Księżycu. Nawet wtedy księżyc ma swoje specyficzne cechy i cechy dynamiczne.
Teraz zbliżamy się do pytania o satelity. W rzeczywistości powinny wyglądać prawie tak samo, ponieważ są tworzone z bardzo bardzo podobnego materiału w niezwykle podobnych warunkach. I rzeczywiście uważamy, że księżyce pierwotnie były bardzo podobne (na przykład 4 księżyce galilejskie). Ale Io jest blisko Jowisza, a inne księżyce oddziałują z nim w taki sposób, że procesy geologiczne są zupełnie inne. Woda i substancje lotne szybko odparowały, gdy podgrzały je siły Jowisza. Te siły pływowe nie były tak silne w Europie, ponieważ jest ona dalej, dlatego stopiła tylko część lodowej skorupy, tworząc lodowy analog płytowej tektoniki, który wygenerował mnogość różnorodnych formacji. Satelity ewoluują. Enceladus strzela dżetami z powodu interakcji pływowych i rezonansów orbitalnych z innymi księżycami. Niektóre księżyce, takie jak Japeto, mają podwójnie zabarwioną powierzchnię z powodu materiału rozpylonego przez Enceladusa lądującego na jednej ze stron. Niektóre księżyce, takie jak Triton, nie mają z tym nic wspólnego, ponieważ powstały w innym regionie Układu Słonecznego, a później zostały uwięzione przez przyciąganie grawitacyjne planety (w tym przypadku Neptuna).
Jak już wspomniałem. Atmosfery (gęstość, skład i ciśnienie) są w dużej mierze zależne od masy planety lub księżyca. Spójrz na ten wykres:
Pokazuje prędkość cząsteczek gazu w stosunku do temperatury gazu. W wyższych temperaturach cząsteczki gazu poruszają się szybciej. Na planecie o niskiej masie prędkość ucieczki jest mniejsza niż na planecie o większej masie. Zatem planeta bliżej Słońca (w wyższej temperaturze) musi mieć większy rozmiar, jeśli chce zachować te same cząsteczki gazu w swojej atmosferze, co planeta znajdująca się dalej (zimniej). Możesz zobaczyć, dlaczego atmosfera ziemska może uwięzić i zatrzymać wodę, tlen, dwutlenek węgla, amoniak, azot metanowy i inne gazy, podczas gdy nie jest w stanie uwięzić wodoru i helu (ponieważ są one lżejsze, a zatem przy tej samej temperaturze mogą poruszać się tak szybko, jak potrzebne do ucieczki z Ziemi). Tymczasem Księżyc, który ma takie samo ciepło pochodzące od Słońca jak Ziemia, ponieważ jest mniej masywny, nie może zatrzymać prawie żadnych gazów (może to być trochę ksenon). Tytan jest olbrzymim księżycem, dlatego może zatrzymać wiele cząsteczek gazy, takich jak azot i tlen (te z kolei powodują, że ciśnienie jest wystarczająco wysokie, aby zatrzymać na powierzchni również substancje lotne, takie jak metan). Ale dlaczego Ganymede nie ma takiej samej atmosfery jak Titan, jeśli są w zasadzie tego samego rozmiaru? Ponieważ Ganymede znajduje się bliżej Słońca, większa temperatura oznacza, że cząsteczki poruszają się szybciej, a zatem łatwo uciekają przed ich przyciąganiem.
Jak widać, złożone procesy atmosfer księżyca lub planety zmieniają wszystko (erozja, procesy recyklingu, korozja chemiczna itp.), A z kolei różnorodność atmosfer wynika z różnorodności mas i odległości od Słońca.
Myślę, że Układ Słoneczny jest układem chaotycznym, dybnamicznym, geologicznym, chemicznym itp. Chaos oznacza, że przy niewielkiej różnicy w warunkach początkowych układ ewoluuje w wykładniczo rozbieżnych stanach. Planety i księżyce mogły powstać jako podobne obiekty, ale historia i chaotyczna dynamika systemu ewoluowały w zupełnie inne środowiska. Nie tylko to, ale prawda jest taka, że planety nie zaczęły się równe, ale bardzo różniły się od początków, więc wyobraźcie sobie, jak daleko Wenus staje się Tytanem lub Io, aby stać się Ziemią.
Istnieją również procesy i warunki, które są szczególnie dobrze dostosowane do rozbieżności. Na przykład: Ziemia jest bardzo dynamiczna, podczas gdy Mars, Wenus, Merkury, Księżyc i inne nie są całkowicie. Dlaczego? ponieważ na Ziemi woda może istnieć w 3 różnych stanach materii. Możemy znaleźć płynną wodę, parę wodną i lód w różnych regionach i porach roku. A to dlatego, że Ziemia ma średnią temperaturę i jej atmosfera ma odpowiednie ciśnienie, aby na to pozwolić. Warunki na Ziemi są bardzo bliskie potrójnemu punktowi wody (gdzie wszystkie trzy stany materii współistnieją), dlatego mamy cykl wodny na Ziemi, z rzekami i lodowcami niszczącymi krajobraz i chmury regulującymi klimat.
Mars, Wenus, Merkury, wszystkie mają temperatury i ciśnienia, gdyby tak się nie stało, nie tylko na wodzie, ale i na wielu obecnych tam związkach. Wiesz, gdzie to może się zdarzyć? Na Plutonie! To było bardzo zaskakujące, Pluto pokazuje różnorodne tereny i cechy geologiczne, które przekraczają wszelkie oczekiwania. Teraz wiemy, że dzieje się tak, ponieważ Pluton jest niezwykle dynamiczny (jak Ziemia) i może wystąpić wiele procesów erozyjnych i geochemicznych, ale nie dzieje się tak z powodu wody (ponieważ Pluton ma niskie ciśnienie i niskie temperatury), ale z powodu azotu i Neon! Oba elemety mają potrójny punkt wewnątrz zakresu warunków Plutona, a zatem na tej planecie karłowatej spodziewane są rzeki Neon, lodowce azotowe i mgły.
To rzeczywiście interesujące pytanie. Jak niesamowite są prawa natury, które pozwalają na ekstremalną różnorodność nawet między braćmi. Zastanawiam się, jak może wyglądać planeta wokół jakiejkolwiek innej gwiazdy, nasze proste kategorie gorących jowiszów, mini-neptunów, super-terasów itp. Są tak prymitywne i restrykcyjne. Jakie cuda czekają na nas w tym złożonym i różnorodnym kosmosie, są poza naszym zrozumieniem.