Por que os planetas tem composição química tão diferente se tiveram origem próxima?

Há várias teorias sobre a formação do sistema solar e muitas questões em aberto, mas precisamos dar crédito e reconhecer os avanços conquistados: 

1) Seu argumento de que a heterogeneidade exige explicação não faz sentido. Se todos os planetas fossem iguais vc provavelmente faria o argumento oposto. Na realidade, a heterogeneidade é de se esperar, já que nada garante uma homogeneidade na massa de matéria que formou o sistema solar. Basta olhar ao seu redor. Mesmo na terra temos muita heterogeneidade tanto no solo quanto entre solo e água, por exemplo. Se já há heterogeneidade aqui, o que dizer entre planetas e luas? 

2) É necessário muita força gravitacional para manter gases leves como o hidrogênio; É por isso que apenas corpos massivos como os planetas jovianos (Jupiter, Saturno, etc) tem hidrogênio livre em quantidade. Aqui na Terra praticamente só temos hidrogênio (e outros elementos leves) combinados com outros, como no caso da água. 

3) Quando o Sol se formou, a onda de choque causada pelo início da fusão nuclear em seu núcleo, o vento solar e o calor gerado fizeram com que moléculas mais leves e de ponto de ebulição baixo fossem empurradas para regiões exteriores. É por isso que temos planetas rochosos (ou seja, densos) mais próximos do Sol e planetas gasosos (menos densos) mais longe. 

4) A formação de planetas gasosos foi mais rápida, já que em sua órbita a temperatura era baixa o suficiente para permitir a formação de gelos, o que ajudou em sua aglutinação. Daí conseguirem acumular mais massa. 

A composição química dos planetas internos (Mercurio, Venus, Terra e Marte) e dos externos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) não é tão diferente assim. O que muda é a proporção em que entram os componentes. 

Por exemplo, a atmosfera de Marte é rica em dióxido de carbono, mas este gás também está presente na atmosfera terrestre e venusiana. Da mesma forma, a atmosfera venusiana é rica em dióxido de enxôfre, mas há traços deste gás na atmosfera terrestre e marciana. 

Mas veja a diferença entre os planetas internos e externos. Os planetas internos são predominantemente rochosos (telúricos). A atmosfera não passa de uma leve camada sobre uma rocha. Já os planetas externos são todos gigantes gasosos, ou jovianos. O núcleo rochoso destes planetas é insignificante em relação à sua atmosfera. 

Uma teoria que explique a formação do Sistema Solar ainda é um dos objetivos da cosmologia do Sistema Solar. Existem muitas perguntas ainda sem respostas, e a descoberta de exoplanetas (planetas orbitando outras estrelas) só complicou mais o problema, já que entre os exoplanetas, o mais comum é termos planetas jovianos em órbitas de planetas telúricos. Comparados com o Sistema Solar, existem planetas maiores que Júpiter, orbitando suas estrelas em órbitas menores que as de Mercúrio! Por enquanto, parece que o Sistema Solar é uma exceção.