¿Por qué no tenemos planetas intermedios?

Las supertierras y los minineptunos son los tipos de exoplanetas "intermedios" que está buscando. Una generalización radical pondría a la mayoría en el rango de$\sim1$-$10M_{\oplus}$(masas terrestres), con algunos valores atípicos un poco por encima de eso. Pueden tener cantidades significativas de hidrógeno y helio en sus atmósferas, así como agua, en forma líquida o vapor. Este último también debe tener lo que se conoce como volátiles (coloquialmente llamados "hielos"): compuestos como el amoníaco y el agua que están presentes en las atmósferas de los gigantes de hielo como Urano y Neptuno.

Una razón por la que no tenemos ninguno de estos en el Sistema Solar es simplemente que no se formaron mundos con la masa adecuada. Expliqué aquí que hay una especie de región de transición, pero la mayoría de las supertierras requieren masas mínimas de$1.5$-$2M_{\oplus}$para mantener sus grandes envolturas de hidrógeno/helio (que los planetas terrestres pueden acumular temprano en sus vidas pero luego perder). Tendría que haber un planeta justo en ese rango de masa y a la distancia correcta del Sol (consulte D'Angelo y Bodenheimer (2016) para conocer las restricciones generales en los semiejes principales). Es posible que el entorno del disco protoplanetario simplemente no haya sido adecuado para producir el cuerpo adecuado en el momento adecuado.

Esta no es una característica del sistema solar. Es una característica de las definiciones de los nombres que usó. Neptuno y Urano son los cuerpos que crees que faltan. De hecho, con la masa de la Tierra de 6*10^24 kg, Urano de 9*10^25 kg y Júpiter de 2*10^27 kg, notará que Urano tiene solo ~15 veces la masa de la Tierra, mientras que Júpiter es ~20 veces la masa de Urano.

La tasa de crecimiento inicial de los planetas estaba limitada por la cantidad de polvo sólido que podía agruparse para formarlos. Los planetas que se formaron en condiciones más frías fuera de la línea de hielo pudieron crecer más rápido debido a los hielos (especialmente agua pero también amoníaco, etc. dependiendo de qué tan lejos) que prevalecían en aquellas partes de la nebulosa a partir de la cual se formó el sistema solar. Una vez que alcanzaran una masa crítica y pudieran retener gravitacionalmente gas hidrógeno y helio, crecerían mucho más rápido.

Júpiter creció rápidamente debido a su ubicación justo fuera de la línea de hielo, donde tenía un suministro de hielo comparativamente denso y luego podría engullir rápidamente una gran cantidad de gas. Neptuno y Urano no crecieron tan rápido y solo habían acumulado una pequeña cantidad de gas cuando el viento solar se llevó la nebulosa. Por eso están compuestos por un porcentaje mucho mayor de hielo que Júpiter y Saturno; de hecho, a menudo se les llama "gigantes de hielo", que es la clasificación intermedia correcta. (El "hielo" en "gigante de hielo" se refiere a la sustancia, que por supuesto ya no es generalmente sólida en las atmósferas de estos dos cuerpos).

Desde 2016 se plantea la hipótesis de un noveno planeta más allá del cinturón de Kuiper que, si existe y es un planeta, es una supertierra o un mini-Neptuno.

Pero es posible que desee considerar a Venus como un planeta intermedio. Si bien no es más grande que la Tierra, en la superficie de Venus la presión del aire es casi cien veces mayor que en la Tierra, lo que hace que la atmósfera sea un fluido supercrítico como los de los gigantes gaseosos. A modo de comparación, la presión del aire dentro de Urano y Neptuno es más de mil veces la de la Tierra y dentro de Júpiter y Saturno más de un millón. Así que Venus está en el medio. Desde el espacio, Venus se parece a los planetas gaseosos ya que no se puede ver su superficie en absoluto, sino sus capas de nubes.