¿Por qué algunos planetas tienen atmósfera mientras que otros no?

Bueno, primero diré que esto podría ser un accidente de circunstancias (debido a la historia única de nuestro sistema solar). Ahora estamos descubriendo numerosos “Júpiter calientes” que están lejos de su Sol, y esto está obligando a los astrónomos y científicos planetarios a revisar sus modelos de formación planetaria. A partir de ahora, no tenemos un modelo concluyente de formación planetaria.

Sin embargo, un factor importante tiene que ver con Jeans Escape. Vea el artículo de David Catling sobre escape atmosférico en http://faculty.washington.edu/dc… . Básicamente, después de la acumulación planetaria, todos los planetas tenían núcleos rocosos ( http://www.sciencedaily.com/rele …). Todos ellos fueron capaces de capturar el gas de hidrógeno a su alrededor en la nebulosa. Sin embargo , los planetas interiores estaban tan cerca del Sol que el Sol calentó sus atmósferas exteriores hasta el punto de que su energía térmica era lo suficientemente alta como para permitir que cantidades significativas de hidrógeno y helio escaparan de sus atmósferas externas durante la vida útil del sistema solar ( a través de Jeans Escape).

Los planetas exteriores en realidad comenzaron como núcleos rocosos. Sin embargo, estaban lo suficientemente lejos del Sol como para que sus atmósferas externas no se calentaran lo suficiente como para dejar escapar sus atmósferas externas a través de Jeans Escape. Por lo tanto, pudieron seguir acumulando el gas residual de hidrógeno y helio ( que eran responsables del 90% de la masa de la nebulosa solar: http://csep10.phys.utk.edu/astr1 … ). Y este gas residual de hidrógeno y helio aumentó significativamente su masa y sus campos gravitacionales (lo que, a su vez, los hizo acumular más de la masa restante a un ritmo más rápido). Esto, a su vez, los convirtió en gigantes gaseosos.

Por supuesto, esto no explica todo: los núcleos de Júpiter y Saturno ya eran mucho más masivos que los núcleos de los planetas internos, para empezar. No sabemos completamente por qué los planetas internos tienen núcleos internos menos masivos, pero puede tener algo que ver con colisiones que ayudaron a romper los planetas interiores (como el que probablemente chocó con la Tierra para formar la Luna): las colisiones tienden a tener velocidades relativas más altas más cercanas al centro del campo gravitacional masivo del Sol – vea el diagrama a continuación

(tomado de la respuesta de Alex K. Chen a ¿Por qué los planetas interiores son rocosos y los planetas exteriores grandes gigantes gaseosos?)

Además de la respuesta de Robert Frosts, los vientos solares también pueden eliminar lentamente la atmósfera. Los vientos solares están compuestos de iones de alta velocidad, y pueden eliminar partículas de la atmósfera con ellos y despojar completamente al planeta de la atmósfera con el tiempo. Si el planeta tiene suficiente campo magnético, puede desviar estos vientos. Este es el mecanismo principal por el cual se cree que Marte ha perdido su atmósfera.

Un planeta también puede perder atmósfera si el planeta se aleja más del sol después de la formación (por lo que la atmósfera se condensa en la superficie, o si se mueve hacia su sol (por lo que la atmósfera se evapora como Robert mencionó en su respuesta). También se producen reacciones químicas que suceden en la superficie y que pueden consumir lentamente la atmósfera, como el dióxido de carbono en la atmósfera de la tierra que consumen los bosques y el agua.

Depende de muchos factores. El principal es la gravedad. Un planeta más masivo retendrá las moléculas de gas, pero un planeta más pequeño como Marte no podrá hacerlo. A la temperatura de la Tierra, la velocidad promedio de una molécula de gas es menor que la velocidad de escape. Mientras está en Marte o en la luna, la velocidad promedio de una molécula de gas es mayor que la velocidad de escape requerida en la superficie del cuerpo celeste. Entonces la atmósfera nunca se acumula a medida que las moléculas escapan. Entonces, esencialmente depende de la masa del planeta.

Un elemento adicional que no se discute en las respuestas es la importancia del campo magnético de un planeta. El nuestro nos protege de los vientos solares que eliminarían la capa de ozono y eventualmente causarían la pérdida de otros gases. Marte perdió su campo magnético y, por lo tanto, perdió la mayor parte de su atmósfera.

Cuanto más denso es un cuerpo planetario o más masa total tiene, mayor es su atracción gravitacional. Esto se aplica a los objetos planetarios a su alrededor, así como a los gases que lo rodean.
Robert Frost responde a su pregunta, pero me gustaría mostrar algunos números aquí para darle una idea de cómo los cuerpos planetarios con mayor masa requieren una mayor velocidad de escape para que un objeto deje su gravedad:
De wikipedia:
Tierra: 11,2 km / s
Saturno: 35,6 km / s
Júpiter: 59,5 km / s
Sol: 617.5 km / s
Venus: 10,3 km / s
Marte: 5 km / s