¿Hay algún planeta por ahí que sea mitad gaseoso y mitad rocoso? ¿es posible?

Probablemente. Se sabe relativamente poco sobre los exoplanetas porque es muy difícil observarlos bien, pero no hay ninguna razón por la que un mundo rocoso no pueda acumular suficientes hielos y/o gas para parecerse también a un gigante gaseoso. Ahora, mitad gigante gaseoso mitad rocoso (hidrógeno/helio) podría ser raro. La mitad de "hielos" rocosos es muy posible y es probable que ya se hayan observado. Ayuda a comprender la formación de planetas y la abundancia elemental.

Es probable que haya un límite de tamaño para los planetas rocosos con atmósferas delgadas porque la masa tiende a acumularse y retener la atmósfera, y dado que el hidrógeno y el helio son los gases más abundantes en el universo, una vez que un planeta se vuelve lo suficientemente masivo, debe recolectar y retener hidrógeno y helio y comenzar parecerse a Júpiter o Saturno, incluso si comenzó como un mundo rocoso.

Los mundos rocosos necesitan elementos como magnesio, silicio y hierro, a menudo unidos con oxígeno. cerca del 90% de la masa de los mundos rocosos de nuestro sistema solar proviene de esos 4 elementos y el 90% no es una mala estimación para los exoplanetas rocosos.

Basado en nuestro sistema solar:

El hierro constituye aproximadamente el 0,117 %, el silicio el 0,065 % y el magnesio el 0,051 %, aproximadamente el 0,234 % de la masa del sistema solar. El oxígeno unido a esos elementos, usando la composición de la Tierra como una estimación, agrega alrededor de otro 50%, hasta alrededor del 0,35%. El hidrógeno y el helio constituyen aproximadamente el 97,6 %, lo que deja aproximadamente el 2 % de la masa del sistema solar en forma de hielo y gases más pesados, no hidrógeno ni helio. Estos son principalmente agua, amoníaco, CO2 y metano, con cantidades más pequeñas de otros gases/hielo.

Estos números son aproximados pero lo suficientemente buenos para una estimación. En nuestro sistema solar hay aproximadamente 6 veces más hielo y gases más pesados ​​en masa que material rocoso y hay cerca de 40 veces más hidrógeno y helio que los otros elementos.

Los planetas necesitan ser bastante grandes para albergar hidrógeno y helio . Júpiter y Saturno son los únicos planetas en nuestro sistema solar que son abundantes en hidrógeno y helio. Incluso los gigantes gaseosos más pequeños, Urano y Neptuno, tienen comparativamente poco hidrógeno y helio.

Así que probablemente no exista tal cosa como un pequeño gigante gaseoso. Los gigantes gaseosos deben ser grandes o no existirán en absoluto. (Debo hacer una nota a pie de página que como un gigante gaseoso pierde atmósfera, puede obtener un gigante gaseoso pequeño, pero eso estaría en una fase de transición).

No me gusta el término "gigantes de hielo", aunque a menudo se usa para definir a Neptuno y Plutón porque son principalmente hielos (agua, metano, CO2, NH3), no principalmente hidrógeno/helio. No me gusta llamarlos "gigantes de hielo" cuando también pueden ser calientes, así que prefiero el término Neptuno como planetas o Neptunos.

Urano (un planeta tipo Neptuno) está compuesto principalmente de hielo y gases más pesados ​​con una estimación de solo 3%-10% de hidrógeno y helio . Estimaciones de aproximadamente 70%-90% de gas hielo/no hidrógeno/helio y el resto, aproximadamente 7%-20% de material más denso. Esos serían algunos otros elementos, tal vez algo de carbono solidificado (diamantes), azufre más alto y hierro más bajo en porcentaje que la Tierra, así como algo de Tierra como los silicatos. óxidos de magnesio, hierro y óxidos de hierro, aunque la alta temperatura interna podría no dejar mucho en el camino de los enlaces químicos hacia el centro del planeta, donde las temperaturas alcanzan los 9.000 grados C.

Neptuno es similar a Urano pero más masivo y más denso. Se cree que tiene más agua y quizás un manto interno más grande, aunque al igual que Urano, la mayor parte de su masa son hielos y gases pesados ​​(no hidrógeno/helio).

Neptuno y Urano tienen hidrógeno en forma de metano, amoníaco y agua, pero cuento ese hidrógeno como parte de sus "gases/hielos pesados". Ambos tienen un porcentaje comparativamente bajo de hidrógeno libre (3%-10%), lo que hace una clara distinción entre los planetas similares a Neptuno y los gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno , en los que la mayor parte de su masa es hidrógeno .

Ayuda pensar en cómo se forman los planetas. Los planetas más pequeños tienen muy poca gravedad para retener gas hidrógeno y helio, y los sistemas solares son en su mayoría demasiado cálidos para que el hidrógeno se congele, por lo que los planetas están hechos de material sólido en su mayor parte, ya sea rocoso o hielo que se aglomera y se pega durante la formación. Cuando tienen suficiente gravedad, pueden comenzar a aferrarse a una atmósfera y más lejos de la estrella lo hace más fácil.

La Luna Titán, como ejemplo, es pequeña para tener una atmósfera, pero está bastante lejos del sol y en gran parte se compone de hielo en su superficie, por lo que a medida que el hielo en su superficie se derrite, básicamente repone su atmósfera. Titán todavía está desgasificando, y está perdiendo atmósfera, pero pierde atmósfera lo suficientemente lento como para retener una atmósfera, pero en cierto sentido, está en una transición, donde su atmósfera se desgasifica. Cuando se agota en el hielo de la superficie que se derrite fácilmente, debería comenzar a parecerse a las lunas heladas de Júpiter.

Entonces, volviendo a tu pregunta original. Muchas combinaciones son posibles, algunas no. Los bebés Júpiter (la masa de Neptuno) son probablemente poco probables, aunque un gigante gaseoso cerca de su estrella que ha perdido gran parte de su atmósfera podría parecerse a un bebé Júpiter, pero como Titán, eso sería transitorio.

Los Júpiter rocosos son poco probables porque el hidrógeno supera en número al material rocoso por mucho, más de 200 a 1 en la mayor parte de la vía láctea. Ahora, algunos sistemas solares son probablemente más "metálicos" que otros, por lo que esa proporción tendrá alguna variación, pero una vez que haya suficiente masa para que se forme un gigante gaseoso, es probable que el hidrógeno sea el elemento abundante y el helio #2 y cualquier núcleo rocoso. sería empequeñecido por el hidrógeno y el helio.

Sin embargo, un Neptuno rocoso, no hay razón para que no. Un planeta con 8 masas terrestres de material similar a la Tierra y 8 masas terrestres de hielo (y 5%-10% de hidrógeno) sería básicamente un Neptuno rocoso. Probablemente sería un poco más pequeño y ciertamente más denso, pero no tan diferente en apariencia externa.

Mundos acuáticos es un término común que podría calificar como "neptuno rocoso". No sabemos exactamente de qué están hechos, pero las estimaciones de densidad sugieren un alto porcentaje de agua (y presumiblemente CO2, CH4, NH3), que es la mayoría de Urano y Neptuno.

Aquí hay un gráfico de exoplanetas de menos de 20 masas terrestres. Sospecho que hay un considerable margen de error en estas estimaciones, pero más o menos concuerda con el argumento de Rocky-Neptuno. Planetas con 2 o 3 gramos por cc estarían en ese rango.

Ver gráfico: www.hpcf.upr.edu/~abel/phl/hec_plots/exoplanet_df.png

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Los bebés Neptunos de solo 1 o 2 masas terrestres también podrían ser posibles, pero probablemente tendrían que estar bastante fríos y lejos de su estrella o estarían en peligro de perder su atmósfera.

Los mundos de hielo como Plutón pueden volverse bastante pequeños, pero Plutón tiene muy poca atmósfera. Los planetas generalmente necesitan ser bastante grandes para conservar su atmósfera. Si están demasiado fríos, esa atmósfera se congela. Titán, como mencioné anteriormente, está en lo que podría llamarse una transición lenta donde su atmósfera sale de su superficie y la pierde lentamente. Ceres, según su densidad, también es un objeto parecido a una luna helada, aunque ha perdido casi todo su hielo superficial, pero probablemente tenga mucha agua/"hielo" debajo de su superficie.

Creo que la respuesta de @userLTK es bastante completa, pero me gustaría agregar una desde una perspectiva diferente.

Los astrónomos, como todos los humanos, tienden a categorizar las cosas que vemos usando palabras. Esto es necesario para una comunicación rápida, pero a veces hay objetos que están al borde de una categoría y otra (piense en una enana marrón).

La realidad es bastante analógica a grandes escalas y solemos recortarla, "digitalizarla" para entender de qué estamos hablando, pero casi siempre habrá ejemplos en los límites de una categorización a otra, o incluso superposición, teniendo un mismo objeto está en dos categorías.

Como se señaló, la cantidad de gas que tiene un planeta depende principalmente de su masa. Al mismo tiempo, hay una categoría de planetas -por masa- que falta en nuestro sistema solar: súper-tierras (y probablemente mini-neptunos... nuevamente, se trata de qué granularidad queremos usar en las definiciones para una comunicación adecuada , y los límites de cada categoría. No entraré en eso). Entonces, si la Tierra tiene 1 masa terrestre y Neptuno-Urano alrededor de 17-15 masas terrestres, puedes imaginar fácilmente un planeta que tenga la masa correcta en el medio de esos por ser mitad roca y mitad gas. Tal vez 3, 5 u 8 masas terrestres, no tengo idea de la masa exacta para el 50% exacto. También depende de su formación y evolución.