Los elementos pesados no son atraídos por la gravedad más que los elementos ligeros. De hecho, todo lo contrario, un principio fundamental de la teoría de la gravedad (tanto relativista como no relativista), el principio de equivalencia débil, dice que todos los objetos materiales son atraídos por la gravedad por igual. Por lo tanto, un martillo y una pluma caen al mismo ritmo en ausencia de resistencia atmosférica, como lo demostraron en televisión en vivo los astronautas del Apolo 15, en la superficie de la Luna.
Cuando se forma una estrella o un planeta, los elementos pesados tienden a hundirse en su núcleo y los elementos ligeros tienden a elevarse a su superficie, por la misma razón que las rocas se hunden y las burbujas se elevan en el agua: tiene que ver con la densidad y la cantidad de otras cosas se desplazan Esto es cierto tanto para planetas pequeños como grandes y estrellas.
La materia de la cual se forman las estrellas y los planetas es inicialmente casi completamente hidrógeno y helio. Los elementos más pesados representan un pequeño porcentaje de esta “sopa” primordial, pero están allí: puede encontrarlos, por ejemplo, en el Sol y también en Júpiter.
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Ahora toma un planeta (o una estrella). Las cosas pesadas ahora están en el fondo, las cosas livianas están cerca de la superficie o en la atmósfera. Digamos que la atmósfera de un planeta tiene, solo por diversión, nitrógeno e hidrógeno. Los átomos de nitrógeno (o moléculas diatómicas) son 14 veces más pesados que los átomos de hidrógeno (o moléculas). Cuando están a la misma temperatura, su energía cinética promedio es la misma. Esto significa que los átomos de hidrógeno rebotan casi cuatro veces más rápido (la energía cinética es proporcional al cuadrado de la velocidad) que los átomos de nitrógeno. Esto significa que incluso a una temperatura relativamente baja, estos átomos de hidrógeno tienen una probabilidad mucho mayor de alcanzar la velocidad de escape del planeta y perderse para siempre en el espacio. Esencialmente, evaporarse.
Por supuesto, cuanto más grande / más compacto es un planeta, mayor es su velocidad de escape cerca de su superficie. Entonces, los planetas más grandes retienen su hidrógeno de manera mucho más efectiva que los planetas más pequeños, por lo que terminan estando compuestos principalmente de una atmósfera espesa que contiene elementos ligeros. Del mismo modo, los planetas que están lejos del Sol son mucho más fríos. Entonces los átomos de hidrógeno son más fríos, menos rápidos, menos propensos a alcanzar la velocidad de escape. Por otro lado, una estrella puede estar muy caliente, pero también es muy masiva, por lo que su velocidad de escape es enorme. Aún así, no evita que el Sol pierda cantidades colosales de hidrógeno en forma de viento solar; que, a su vez, también ayuda a erosionar la atmósfera de los planetas.
En cualquier caso, espero que esto explique por qué los planetas rocosos tienden a ser a) más pequeños yb) más cercanos al Sol que los gigantes gaseosos, y por qué el Sol logró retener la mayor parte de su hidrógeno (que es una buena cosa, ya que necesita ese combustible para brillar)
