Hvor stor kan en planet være?

Jupiter er den største planet i solsystemet. Med hensyn til masse, Jupiter dværger de andre planeter. Hvis du skulle samle alle de andre planeter til en enkelt masse, Jupiter ville stadig være 2,5 gange mere massiv. Det er svært at undervurdere, hvor stor Jupiter er. Men som vi har opdaget tusindvis af exoplaneter i de seneste årtier, det rejser et interessant spørgsmål om, hvordan Jupiter kan sammenlignes. Sagt på en anden måde, hvor stor kan en planet være? Svaret er mere subtilt, end du måske tror.

Det enkle svar er, at en stor planet er alt for lille til at være en stjerne. Den sædvanlige definition for en stjerne er, at den skal være stor nok til at smelte brint til helium i sin kerne. En hovedsekvensstjerne er en stjerne, hvor varmen og trykket, der genereres ved fusion, balanceres af stjernens gravitationsvægt.

Stjerner er for det meste lavet af brint og helium, og det er sikkert at antage, at de største planeter ville have en lignende sammensætning. Solen er lavet af omkring 75 procent brint og 24 procent helium, den anden 1 procent er tungere grundstoffer. Jupiter er omkring 71 procent brint, 24 procent helium, og 5 procent andet. Så lad os regne med, at enhver stor planet består af tre dele brint til en del helium.

Så længe der ikke er nogen fusion i gang, en stor planet vil være i en tilstand af hydrostatisk ligevægt. Det betyder, at vægten af ​​al den gas, der forsøger at kollapse på sig selv, balanceres af trykket fra gassen, der ikke ønsker at blive presset. Jo mere masse du har, jo mere det indre er klemt, og jo varmere bliver det. Med nok masse, det indre bliver varmt nok til, at brint begynder at smelte sammen til helium. Den kritiske masse er omkring 80 Jupiters. Alt med mere masse end det må være en stjerne.

Men det er ikke den bedste øvre grænse, fordi der er genstande i universet kendt som brune dværge. Disse objekter er stjernelignende, fordi de ikke er i hydrostatisk ligevægt. Deres indre genererer varme som en stjerne, og de kan endda smelte brint til deuterium, bare ikke helium. På den anden side, de mindste brune dværge er kølige, overskyede overflader, og ville ligne en planet. Den nedre grænse for massen for en brun dværg er omkring 13 Jupiter-masser.

Med hensyn til masse, 13 Jupitermasser er en god øvre grænse. Men når det kommer til store planeter, de mest massive er faktisk ikke de største i størrelse.

I modsætning til faste stoffer, som ikke komprimerer meget under pres, gasser kan komprimeres betydeligt. Så når du tilføjer masse til en gasplanet, dens volumen øges ikke med samme mængde. For eksempel, Jupiter er tre gange Saturns masse, men er mindre end 20 procent større i volumen. Går vi tilbage til vores model for hydrostatisk ligevægt, de mest massive planeter er faktisk mindre end Jupiter i størrelse.

For et par år siden så Jingjing Chen og David Kipping på, hvordan planeternes størrelse kan variere afhængigt af deres masse. De fandt ud af, at der er et overgangspunkt mellem verdener af Neptun-typen, hvor mere masse har en tendens til at øge deres størrelse, og verdener af Jupiter-typen, hvor mere masse har en tendens til blot at komprimere gassen mere. Det kritiske punkt er omkring halvdelen af ​​Jupiters masse, så de største planeter burde have omkring den masse. Dette stemmer overens med observation. Den største bekræftede exoplanet er WASP-17b. Den er omtrent dobbelt så stor som Jupiter, men har kun 49 procent af Jupiters masse.

Selvfølgelig, der er andre faktorer, der spiller ind, såsom sammensætning og temperatur. De største kendte exoplaneter har tendens til at være varme Jupitere, der kredser tæt på deres stjerne. Det betyder, at de er meget varmere og mindre tætte end en kold joviansk planet som Jupiter. Jupiter har også en tæt stenet kerne, hvilket betyder, at den er mindre, end den ville være, hvis den kun var lavet af brint og helium.

Men selv når man tager disse faktorer i betragtning, jovianske planeter er klart både de største og mest massive planeter, der kan eksistere. Jupiter er ikke den største planet i universet, men det er en af ​​giganterne.