Mengapa planet dan satelit di tata surya terlihat sangat berbeda jika mereka berasal dari hal yang kurang lebih sama?

Pertama, planet-planet. Kami memiliki Merkurius, yang berbatu, tidak ada atmosfer. Tetapi kemudian kita memiliki Venus, yang sama sekali berbeda: atmosfer yang tebal, sangat panas, aktif secara geologis. Lalu Bumi - biru, penuh air. Mars, kebalikannya: merah tidak seperti yang lain. Jupiter dan Saturnus cukup mirip. Kemudian Uranus dan Neptunus, cukup mirip tetapi masih berbeda dalam warna antara satu sama lain dan juga warna yang sama sekali berbeda dari dua raksasa gas.

Di sisi lain: satelit. Mari menganalisis satelit Jupiter dan Saturnus.

Ganymede dan Callisto cukup mirip, tetapi kemudian Eropa, kebalikan total: benar-benar dingin. Dan kemudian Io, lagi sesuatu yang sama sekali berbeda: sangat kuning.

Bulan-bulan Saturnus: sebagian besar berbatu, tetapi kemudian, sesuatu yang sama sekali berbeda: Titan, dengan atmosfer yang tebal tidak seperti satelit lain dan lautan metana cair.

Jika selama pembentukan tata surya ada disk protoplanet materi, bukankah itu cukup homogen dan karenanya memunculkan planet yang mirip? Saya mengerti bahwa raksasa gas tidak dapat terlihat sama dengan planet berbatu, tetapi mengapa ada perbedaan bahkan di antara planet berbatu yang berukuran sama? Memang, ada suhu yang sangat berbeda di seluruh tata surya, tergantung pada jarak dari Matahari, yang mungkin menjelaskan beberapa perbedaan.

Tapi yang terutama saya tidak mengerti adalah perbedaan antara satelit. Jika dikatakan bahwa Jupiter memiliki piringan materi yang mengorbitnya, yang akhirnya terbentuk menjadi satelit, tidakkah paling tidak piringan "lokal" di sekitar planet itu cukup homogen? Namun demikian ia berkembang menjadi satelit yang sangat berbeda. Sebagai contoh, bagaimana benda "kekuningan" terkonsentrasi pada Io, dan tidak terdistribusi secara merata di semua bulan Jupiter?

Pertanyaan-pertanyaan ini dapat dibagi menjadi dua; untuk planet dan satelit.

Keragaman planet sebagian mencerminkan keragaman dalam hal komposisi kimia dari piringan protoplanet. Kita tahu bahwa radiasi UV dari matahari dapat memisahkan molekul kompleks atau bahkan yang sangat sederhana; misalnya, ketika sinar UV membelah molekul air, hasilnya adalah atom hidrogen dan oksigen bebas. Karena hidrogen sangat ringan mereka dapat diangkut dengan mudah pada fluks angin bintang. Jadi air, sesuai dengan contoh itu, jika dekat dengan matahari dapat berakhir dipisahkan dan terkuras dari daerah piringan, tetapi di atas yang disebut "garis salju"Radiasi UV dari Matahari sangat lemah sehingga hal ini tidak bisa terjadi sesering dan dengan demikian molekul air (yang sangat berat dibandingkan dengan atom hidrogen tunggal), bertahan di sana. Itu hanya menjelaskan dikotomi antara planet interior dan eksterior dalam hal kadar air, dan bahkan kemudian, beberapa proses (seperti pemboman berat akhir ) mungkin menambahkan air ke interior (seperti yang terjadi di Bumi). Tetapi alasan ini bukan hanya karena air, karbon dioksida, amonia, metana, dan hundret molekul berbeda memiliki "garis beku" sendiri. Lebih dekat ke matahari, karbon tidak bisa menjadi metana adalah gas yang mudah menguap yang dengan cepat didorong ke luar, tetapi pada beberapa persepuluh metana AU dapat tetap dalam kondisi stabil dan bahkan dapat mengembun menjadi tetesan cair.

Semua ini hanya untuk mengatakan bahwa piringan protoplanet BUKAN homogen dalam hal komposisi kimia, dan bukan homogenoeus dalam hal kepadatan atau tekanan. Gradien termal dan kimia melintasi nebula memastikan beberapa keanekaragaman dan kompleksitas untuk seluruh sistem planet.

Di sini Anda memiliki diagram beutifull yang menunjukkan bagaimana berbagai senyawa kimia dapat terkondensasi pada suhu dan tekanan yang berbeda pada disk protoplanet.

Akresi planetesimal juga lebih energetik lebih dekat ke Matahari (yang berarti bahwa putus dapat terjadi lebih sering dan sulit bagi sebuah planet untuk tumbuh besar), sedangkan di wilayah luar planet dapat meningkat massa dengan keteraturan sejak tabrakan dengan planetesimal lainnya dilakukan pada kecepatan relatif lebih rendah (karena bagaimana dua orbit serupa memiliki perbedaan dalam periode yang semakin besar ketika Anda mendekati Matahari dan dengan demikian kecepatan relatif lebih besar). Ini penuh dengan interaksi gravitasi dari protoplanet dan disk awal (lihat migrasi planet dan model yang bagusdll ...) memungkinkan untuk tingkat pertambahan yang berbeda dan pertambahan bahan dari komposisi yang berbeda dari apa yang ditemukan di tempat asli pembentukan planetesimal tertentu. Ini juga membantu menjaga variasi luas pada massa planet.

Variasi yang luas dalam massa planet adalah titik awal untuk variasi yang lebih besar karena planet-planet berevolusi dalam waktu dan menyimpang dari kondisi awalnya. Planet kecil berbatu (Merkuri) mungkin memiliki lebih sedikit panas yang terperangkap di dalamnya daripada yang lebih besar (Bumi), karena energi yang lebih kecil dilepaskan oleh laju pertambahan yang lebih kecil. Dengan demikian mungkin menjadi dingin dengan cepat dan magnetosfer karena interior yang meleleh tidak dapat terjadi. Tidak adanya magnetosfer memungkinkan partikel bermuatan angin matahari mengikis atmosfer Anda dengan sputtering. Alih-alih di planet seperti Bumi, massa yang lebih besar telah menyebabkan interior meleleh yang pada gilirannya menghasilkan magnetosfer yang berlangsung selama miliaran tahun, di Mars itu berlangsung beberapa waktu tetapi sekarang hampir hilang sehingga atmosfernya juga hampir hancur. Di Bumi, tekanan atmosfer menyebabkan semua jenis erosi kimia, dan fenomena. Juga, itu meleleh interior ditambah dengan spesifik komposisi kimianya dan ketebalan kerak memungkinkan mekanisme yang disebut lempeng tektonik. Tektonik tidak dapat terjadi di Venus karena keraknya tidak setebal (karena komposisi yang berbeda) dan karenanya tidak memecah appart di piring tetapi hanya merusak dan melipat dalam perilaku kompleks yang unik untuk Venus.

Tabrakan dengan planetessimal juga dapat mengubah evolusi planet serupa di masa depan. Venus mungkin sangat mirip dengan Bumi (massa yang sama, komposisi yang sangat mirip dan suhu yang tidak begitu berbeda seperti yang diperkirakan), tetapi jalur mereka berbeda sepenuhnya ketika tektonik di Bumi mendaur ulang litosfer dan pada venus karbon dioksida semakin terperangkap dalam efek rumah kaca, dan karena Bumi memiliki tabrakan dengan planet lain yang memiliki Bulan kita, yang merupakan penstabil mekanis sementara tabrakan acak dengan venus (dengan parameter dampak yang berbeda) menyebabkan rotasi yang sangat lambat dan berhari-hari yang panjang (tetapi tidak ada bulan). Hari yang lebih lama berarti isolasi yang berbeda, dan itu mengubah secara drastis iklim sebuah planet. Di Mars, hari-hari mirip dengan Bumi, tetapi karena lebih kecil dan atmosfer telah berubah, banyak hal yang sangat berbeda dengan Bumi. Juga,

Untuk melihat betapa berbedanya evolusi dua objek planet hanya dengan membuatnya berbeda massa, lihatlah Bulan kita. Ini memiliki komposisi kimia yang sama (itu adalah potongan dari Bumi sebenarnya), pada dasarnya berada pada jarak yang sama dengan Matahari seperti Bumi, ia hidup di lingkungan antarplanet yang sama (radiasi matahari yang sama, angin matahari, tingkat dampak dll. .), dan masih sama sekali berbeda. Ini semua karena massa! Bulan tidak dapat mempertahankan atmosfer besar seperti Bumi karena memiliki tarikan gravitasi yang lebih sedikit. Suhu yang sama untuk atmosfer kita di sana berarti bahwa partikel-partikel mencapai kecepatan lepas dengan mudah dan mulai melarikan diri dari gravitasi yang tinggal. Tanpa atmosfer, bukan panas internal, bulan tidak memiliki hampir semua jenis erosi dalam evolusi miliaran tahun. Proses erosi di Bumi telah membuat keanekaragaman formasi geologi meledak dibandingkan dengan yang ditemukan di Bulan. Bahkan saat itu bulan memiliki kekhasannya sendiri dan fitur dinamis yang unik untuknya.

Sekarang kita semakin dekat dengan pertanyaan satelit. Mereka sebenarnya harus terlihat hampir sama, karena mereka dibentuk dari bahan yang sangat mirip dalam kondisi yang sangat mirip. Dan memang kami percaya bahwa bulan-bulan awalnya sangat mirip (misalnya bulan ke-4 galilean). Tetapi Io harus mendekati Jupiter dan bulan-bulan lainnya berinteraksi dengannya sedemikian rupa sehingga proses geologisnya sama sekali berbeda. Air dan volatile menguap dengan cepat karena dipanaskan oleh kekuatan pasang surut dari Jupiter. Kekuatan pasang surut ini tidak sekuat di Europa karena jaraknya lebih jauh, sehingga hanya mencairkan bagian kerak es yang membentuk analog es lempeng tektonik yang menghasilkan sejumlah formasi beragam. Satelit berevolusi. Enceladus menembakkan jet karena interaksi pasang surut dan resonansi orbital dengan bulan-bulan lainnya. Beberapa bulan seperti Japeto memiliki permukaan dua warna karena bahan yang disemprotkan oleh enceladus mendarat di salah satu sisinya. Beberapa bulan seperti Triton tidak ada hubungannya dengan yang lain karena mereka terbentuk di wilayah lain dari Tata Surya dan kemudian terperangkap oleh tarikan gravitasi sebuah planet (Neptunus dalam kasus ini).

Seperti yang saya sebutkan sebelumnya. Atmosfer (kepadatan, komposisi, dan tekanan) sebagian besar bergantung pada massa planet atau bulan. Lihat grafik ini:

Ini menunjukkan kecepatan molekul gas dalam kaitannya dengan suhu gas. Untuk temperatur yang lebih besar, molekul gas bergerak lebih cepat. Dalam sebuah planet dengan massa rendah, kecepatan lepas lebih rendah dari satu dengan massa lebih besar. Karena itu, sebuah planet yang lebih dekat dengan matahari (pada suhu yang lebih tinggi) perlu lebih besar ukurannya jika ingin mempertahankan molekul gas yang sama di atmosfernya seperti sebuah planet yang lebih jauh (lebih dingin). Anda dapat melihat mengapa atmosfer bumi dapat memerangkap dan menahan air, oksigen, karbon dioksida, amonia, metana, nitrogen, dan gas-gas lainnya sementara itu tidak dapat menjebak hidrogen dan helium (karena mereka lebih ringan dan dengan demikian untuk suhu yang sama mereka dapat bergerak secepat dibutuhkan untuk melarikan diri dari Bumi). Sementara itu, Bulan, yang memiliki panas yang sama datang dari Matahari seperti Bumi, karena kurang masif itu tidak dapat mempertahankan hampir semua gas (meybe sedikit Xenon). Titan, adalah bulan yang sangat besar sehingga dapat mempertahankan banyak molekul gas seperti Nitrogen dan Oksigen (yang pada gilirannya membuat tekanan cukup tinggi untuk mempertahankan juga volatil seperti metana dalam bentuk cair di permukaan). Tapi mengapa Ganymede tidak memiliki atmosfer yang sama dengan Titan jika ukurannya pada dasarnya sama? Karena Ganymede lebih dekat ke Matahari, suhu yang lebih besar berarti bahwa molekul-molekul bergerak lebih cepat dan dengan demikian mereka lepas dari tarikannya dengan mudah.

Seperti yang Anda lihat proses kompleks atmosfer bulan atau planet mengubah segalanya (erosi, proses daur ulang, korosi kimia, dll ...) dan pada gilirannya keanekaragaman di atmosfer berasal dari keragaman massa dan jarak ke Matahari.

Saya pikir Tata Surya adalah sistem yang kacau, secara dybnamically, geologis, kimia dll ... Kekacauan berarti bahwa untuk perbedaan kecil dalam kondisi awal sistem akan berevolusi di berbagai negara yang berbeda secara eksponensial. Planet dan bulan mungkin telah dimulai sebagai objek yang serupa tetapi sejarah dan dinamika sistem yang kacau telah berevolusi menjadi lingkungan yang sangat berbeda. Bukan hanya itu, tetapi kebenarannya adalah bahwa planet-planet tidak dimulai dengan sederajat tetapi sangat berbeda dari permulaannya, sehingga memikat betapa jauhnya Venus untuk menjadi Titan, atau Io untuk menjadi Bumi.

Juga ada proses dan kondisi yang secara khusus cocok untuk divergensi. Sebagai contoh: Bumi sangat dinamis sedangkan Mars, Venus, Merkurius, Bulan dan lainnya sama sekali tidak. Mengapa? karena di Bumi air dapat ada di 3 keadaan materi yang berbeda. Kita dapat menemukan air cair, uap air, dan es di berbagai daerah dan musim. Dan itu karena Bumi berada pada suhu rata-rata dan atmosfernya memiliki tekanan yang tepat untuk memungkinkan hal ini. Kondisi bumi sangat dekat dengan triple point of water (di mana ketiga negara materi cohexist), itulah mengapa kita memiliki siklus air di Bumi, dengan sungai dan glaciars yang mengikis lanskap dan awan yang mengatur iklim.

Mars, Venus, Merkurius, semua memiliki suhu dan tekanan jika ini tidak dapat terjadi, tidak hanya pada air tetapi pada banyak senyawa yang ada di sana. Anda tahu di mana ini bisa terjadi? Di Pluto! Ini sangat mengejutkan, Pluto menunjukkan berbagai medan dan fitur geologis yang melebihi semua harapan. Sekarang kita tahu ini karena Pluto sangat dinamis (seperti Bumi) dan banyak proses erosi dan geokimia dapat terjadi, tetapi ini bukan karena air (karena pluto memiliki tekanan rendah dan suhu rendah), tetapi karena Nitrogen dan Neon! Kedua elemet memiliki titik tiganya di dalam kisaran kondisi Pluto dan dengan demikian sungai Neon, Nitrogen, glaciar, dan kabut diharapkan di planet kerdil ini.

Ini memang pertanyaan yang menarik. Betapa luar biasa hukum-hukum alam yang memungkinkan keragaman ekstrim bahkan di antara saudara-saudara. Saya bertanya-tanya bagaimana mungkin planet di sekitar bintang lain mana pun, katekori sederhana kita tentang jupiter panas, neptunes mini, super terra, dll ... sangat primitif dan restriktif. Keajaiban apa yang menanti kita di kosmos yang kompleks dan beragam ini berada di luar jangkauan pemahaman kita.