Этот вопрос можно разделить на две части; для планет и спутников.
Разнообразие планет частично отражает разнообразие химического состава протопланетного диска. Мы знаем, что ультрафиолетовое излучение солнца может диссоциировать сложные молекулы или даже очень простые; например, когда УФ-лучи расщепляют молекулы воды, в результате образуются свободные атомы водорода и кислорода. Поскольку водород очень легкий, его можно легко транспортировать под воздействием звездных ветров. Таким образом, если придерживаться этого примера, вода может оказаться отделенной и истощенной от области диска, но выше так называемой «снежной линии».Ультрафиолетовое излучение Солнца было настолько слабым, что это не могло случаться так часто, и поэтому молекулы воды (которые являются очень тяжелыми по сравнению с единичными атомами водорода) оставались там. Это только объясняет дихотомию между внутренней и внешней планетами с точки зрения содержания воды, и даже в этом случае некоторые процессы (например, поздняя тяжелая бомбардировка ) могут добавить воды внутрь (как это произошло на Земле). Но это рассуждение не только для воды, углекислого газа, аммиака, метана, и у сотен разных молекул есть свои «морозы». Ближе к солнцу углерод не может быть метаном - это летучий газ, который быстро выталкивается наружу, но на некоторых десятых AU метан может оставаться в стабильных условиях и даже конденсироваться в жидкие капли.
Все это просто для того, чтобы сказать, что протопланетный диск НЕ был однородным с точки зрения химического состава и не был однородным с точки зрения плотности или давления. Термический и химический градиент через туманность обеспечивает некоторое разнообразие и сложность для всей планетарной системы.
Здесь у вас есть красивая диаграмма, показывающая, как различные химические соединения могут конденсироваться при разных температурах и давлениях на протопланетном диске.
Кроме того, акцентирование планетезималей более энергично ближе к Солнцу (это означает, что разрушения могут происходить чаще и планете трудно расти большими), в то время как во внешних областях планеты могут увеличиваться по массе с регулярностью, поскольку столкновения с другими планетезималами происходят при меньшие относительные скорости (из-за того, что две одинаковые орбиты имеют разницу в периодах, которая становится больше, когда вы приближаетесь к Солнцу, и, следовательно, больше относительных скоростей). Это связано с гравитационным взаимодействием протопланет и раннего диска (см. Планетарная миграция и хорошая модельи т. д.) учитывают разные темпы аккреции и аккреции материалов разного состава, что было найдено в исходном месте формирования определенного планетезимала. Это также помогает сохранить большое разнообразие планетарных масс.
Большое разнообразие планетарных масс является отправной точкой для большего изменения, так как планеты эволюционируют во времени и отклоняются от своих начальных условий. Небольшая скалистая планета (Меркурий) может содержать меньше тепла, чем большая (Земля), из-за меньшей энергии, выделяемой меньшими темпами аккреции. Таким образом, он может быстро остыть, и магнитосферы из-за расплавленного внутреннего пространства не может быть. Отсутствие магнитосферы позволяет заряженным частицам солнечного ветра разрушать вашу атмосферу путем распыления, Вместо этого на такой планете, как Земля, большая масса привела к расплавленному внутреннему пространству, которое, в свою очередь, создало магнитосферу, которая длилась миллиарды лет, на Марсе она длилась некоторое время, но теперь почти исчезла, поэтому атмосфера также была почти разрушена. На Земле присутствие атмосферы приводит к всевозможным химическим эрозиям и явлениям. Кроме того, его внутренняя поверхность расплавляется в сочетании со спецификой его химического состава и толщины коры, что обеспечивает механизм, называемый тектоникой плит. Тектоника не может произойти на Венере, потому что кора не такая толстая (из-за разного состава), и, таким образом, она не разбивает части в пластинах, а просто деформируется и складывается в сложное поведение, уникальное для Венеры.
Также столкновения с планетессималями могут изменить будущую эволюцию подобных планет. Венера была, вероятно, очень похожа на Землю (схожая масса, очень похожий состав и не столь разные температуры, как можно было бы подумать), но их пути полностью разошлись, когда тектоника на Земле рециркулировала литосферу, а на Венере углекислый газ оказался в ловушке парникового эффекта, и потому что у Земли было столкновение с другой планетой, у которой есть наша Луна, которая является механическим стабилизатором, в то время как случайное столкновение с Венерой (с различными параметрами удара) привело к чрезвычайно медленному вращению и длинным дням (но без лун). Более длинные дни означают различную изоляцию, и это резко меняет климат планеты. На Марсе дни похожи на земные, но так как они меньше и атмосфера исчезла, многие вещи очень отличаются от Земли. Также,
Чтобы увидеть, насколько разной может быть эволюция двух планетарных объектов, просто взглянув на их разную массу, взгляните на нашу Луну. Он имеет тот же химический состав (на самом деле это кусок Земли), он в основном находится на том же расстоянии от Солнца, что и Земля, он живет в той же межпланетной среде (то же солнечное излучение, солнечный ветер, скорость удара и т. Д.). и все же он совершенно другой. Это все из-за массы! Луна не может сохранять большую атмосферу как Земля, потому что у нее меньше гравитационное притяжение. Та же самая температура для нашей атмосферы означает, что частицы легко достигают скорости убегания и начинают выходить из гравитационного пространства. Без атмосферы, без внутреннего тепла, Луна испытывает недостаток почти любого типа эрозии в течение миллиардов лет эволюции. Процессы эрозии на Земле заставили взрываться разнообразие геологических образований по сравнению с найденными на Луне. Уже тогда у луны есть свои особенности и уникальные динамические особенности.
Теперь мы приближаемся к вопросу о спутниках. На самом деле они должны выглядеть почти одинаково, поскольку они сформированы из очень похожих материалов в чрезвычайно похожих условиях. И действительно, мы считаем, что луны изначально были очень похожи (например, 4 галилеевых луны). Но Ио близок к Юпитеру, и другие спутники взаимодействуют с ним таким образом, что геологические процессы совершенно разные. Вода и летучие вещества быстро испарялись при нагревании приливными силами от Юпитера. Эти приливные силы были не такими сильными в Европе, так как она находится дальше, поэтому она растопила только часть ледяной коры, образовав ледяной аналог тектоники плит, который породил множество разнообразных образований. Спутники развиваются. Энцелад стреляет струями из-за приливных взаимодействий и орбитальных резонансов с другими лунами. Некоторые луны, такие как Джапето, имеют двойную цветную поверхность из-за материала, распыляемого энцеладом на одной из его сторон. Некоторые луны, такие как Тритон, не имеют ничего общего с другими, потому что они сформировались в другом регионе солнечной системы, а затем попали в ловушку гравитационного притяжения планеты (в данном случае Нептуна).
Как я уже говорил. Атмосфера (плотность, состав и давление) в значительной степени зависит от массы планеты или луны. Посмотрите на этот график:
Показывает скорость молекул газа по отношению к температуре газа. При больших температурах молекулы газа движутся быстрее. На планете с малой массой скорость побега ниже, чем у планеты с большей массой. Таким образом, планета ближе к Солнцу (при более высокой температуре) должна быть больше по размеру, если она хочет сохранить те же молекулы газа в своей атмосфере, что и планета, которая находится дальше (холоднее). Вы можете понять, почему земная атмосфера может удерживать и удерживать воду, кислород, углекислый газ, аммиак, метан, азот и другие газы, в то время как она не может улавливать водород и гелий (поскольку они легче и, следовательно, при той же температуре они могут двигаться так же быстро, как и нужно бежать из Земли). Между тем, Луна, которая имеет то же самое тепло, исходящее от Солнца, что и Земля, поскольку она менее массивна, она не может удерживать почти любые газы (возможно, немного ксенона). Титан - это огромная луна, поэтому он может удерживать многие молекулы газа, такие как азот и кислород (которые, в свою очередь, создают достаточно высокое давление, чтобы удерживать летучие вещества, такие как метан, в жидкой форме на поверхности). Но почему Ганимед не имеет ту же атмосферу, что и Титан, если они в основном одинакового размера? Поскольку Ганимед ближе к Солнцу, большая температура означает, что молекулы движутся быстрее и, таким образом, они легко избегают его притяжения.
Как вы можете видеть, сложные процессы, происходящие в атмосфере луны или планеты, меняют все (эрозия, процессы рециркуляции, химическая коррозия и т. Д.), И, в свою очередь, это разнообразие атмосфер происходит от разнообразных масс и расстояний до Солнца.
Я думаю, что Солнечная система представляет собой хаотическую систему, динамически, геологически, химически и т. Д. ... Хаос означает, что при небольшой разнице в начальных условиях система будет развиваться в экспоненциально расходящихся различных состояниях. Планеты и луны могли начаться как похожие объекты, но история и хаотическая динамика системы эволюционировали в совершенно разные среды. Мало того, но правда в том, что планеты не начинались как равные, а сильно отличались от начала, поэтому представьте, как далеко Венера может стать Титаном или Ио, чтобы стать Землей.
Также существуют процессы и условия, которые особенно хорошо подходят для расхождения. Например: Земля очень динамична, а Марс, Венера, Меркурий, Луна и другие - нет. Почему? потому что на Земле вода может существовать в 3 разных состояниях материи. Мы можем найти жидкую воду, водяной пар и лед в разных регионах и сезонах. И это потому, что Земля имеет среднюю температуру, и ее атмосфера имеет только правильное давление, чтобы позволить это. Условия Земли очень близки к тройной точке воды (где все три состояния материи сгущаются), поэтому у нас есть круговорот воды на Земле, где реки и ледники размывают ландшафт, а облака регулируют климат.
Марс, Венера, Меркурий, у всех есть температуры и давления, где это не может произойти, не только на воде, но и на многих присутствующих там соединениях. Вы знаете, где это может произойти? На Плутоне! Это было очень удивительно, Плутон показывает множество ландшафтов и геологических особенностей, которые превзошли все ожидания. Теперь мы знаем, что это связано с тем, что Плутон чрезвычайно динамичен (как Земля) и может происходить много эрозионных и геохимических процессов, но это происходит не из-за воды (поскольку Плутон имеет низкое давление и низкие температуры), а из-за азота и Неон! Оба элемента имеют свою тройную точку внутри диапазона условий Плутона, и поэтому на этой карликовой планете ожидаются неоновые реки, азотные гляциары и дымки.
Это действительно интересный вопрос. Как невероятны законы природы, которые допускают чрезвычайное разнообразие даже между братьями. Интересно, как могла бы быть планета вокруг любой другой звезды, наши упрощенные категории горячих юпитеров, мини-нептунов, супер-терр и т. Д. ... настолько примитивны и ограничительны. То, что ждет нас в этом сложном и разнообразном космосе, находится за пределами нашего понимания.