Jupiter on aurinkokunnan suurin planeetta. Massaltaan Jupiter kohoaa muiden planeettojen yläpuolelle. Jos koottaisit kaikki muut planeetat yhdeksi massaksi, Jupiter olisi silti 2,5 kertaa massiivinen. On vaikea aliarvioida, kuinka valtava Jupiter on. Mutta koska olemme löytäneet tuhansia eksoplaneettoja viime vuosikymmeninä, se herättää mielenkiintoisen kysymyksen Jupiterin vertailusta. Toisin sanoen kuinka suuri planeetta voi olla? Vastaus on hienovaraisempi kuin luuletkaan.
Yksinkertainen vastaus on, että suuri planeetta on liian pieni ollakseen tähti. Tavallinen tähden määritelmä on, että sen on oltava riittävän suuri sulattaakseen vedyn ytimessä heliumiksi. Pääsarjan tähti on tähti, jossa fuusion synnyttämä lämpö ja paine tasapainotetaan tähden painovoiman avulla.
Tähdet koostuvat enimmäkseen vedystä ja heliumista, ja on turvallista olettaa, että suurimmilla planeetoilla olisi samanlainen koostumus. Aurinko koostuu noin 75 % vedystä ja 24 % heliumista, loput 1 % on raskaampia alkuaineita. Jupiterissa on noin 71 % vetyä, 24 % heliumia ja 5 % muuta. Joten oletetaan, että mikä tahansa suuri planeetta sisältää 3 osaa vetyä ja 1 osa
heliumia.
Niin kauan kuin fuusiota ei tapahdu, suuri planeetta on tilassa hydrostaattinen tasapaino. Tämä tarkoittaa, että kaiken sen kaasun painoa, joka yrittää romahtaa itsensä päälle, tasapainottaa sen kaasun paine, joka ei halua puristaa sitä. Mitä enemmän massaa sinulla on, sitä enemmän sisäpuoli puristuu ja sitä kuumemmaksi se tulee. Riittävällä massalla sisätila lämpenee tarpeeksi kuumaksi, jotta vety alkaa sulautua heliumiksi. Tämä kriittinen massa on noin 80 Jupiteria. Kaiken, jonka massa on tätä suurempi, on oltava tähti.
Mutta se ei ole paras yläraja, koska universumissa on esineitä, jotka tunnetaan ruskeina kääpiöinä. Nämä esineet ovat tähtimäisiä, koska ne eivät ole hydrostaattisessa tasapainossa. Niiden sisätilat tuottavat lämpöä kuin tähti, ja ne voivat jopa sulattaa vedyn deuteriumiksi, mutta eivät heliumiksi. Toisaalta pienimmillä ruskeilla kääpiöillä on viileät, pilviset pinnat ja ne näyttävät planeetalta. Ruskean kääpiön massan alaraja on noin 13 Jupiterin massaa.
Massaltaan 13 Jupiterin massaa on hyvä yläraja. Mutta kun on kyse suurista planeetoista, massiivimmat eivät itse asiassa ole kooltaan suurimpia.
Arvioidut planeettojen koot massan mukaan verrattuna havaittuihin eksoplaneettoihin. Luotto: Chen ja Kipping
Toisin kuin kiinteät aineet, jotka eivät puristu paljon paineen alaisena, kaasut voivat puristua merkittävästi. Joten kun lisäät massaa kaasuplaneetalle, sen tilavuus ei kasva samalla määrällä. Esimerkiksi Jupiter on kolme kertaa Saturnuksen massa, mutta tilavuudeltaan alle 20 % suurempi. Palatakseni hydrostaattisen tasapainon malliimme, massiivimmat planeetat ovat itse asiassa pienempiä kuin Jupiter.
Muutama vuosi sitten Jingjing Chen ja David Kipping tarkastelivat, kuinka planeettojen koko voi vaihdella niiden massasta riippuen.[^1] He havaitsivat, että Neptunus-tyyppisten maailmojen välillä on siirtymäkohta, jossa massalla on taipumus kasvattaa niiden kokoa ja Jupiteria. -tyyppiset maailmat, joissa enemmän massaa on taipumus yksinkertaisesti puristaa kaasua enemmän. Tämä kriittinen piste on noin puolet Jupiterin massasta, joten suurimpien planeettojen massan pitäisi olla noin. Tämä yhtyy havaintoon. Suurin vahvistettu eksoplaneetta on WASP-17b. Se on noin kaksi kertaa Jupiterin kokoinen, mutta sillä on vain 49 % Jupiterin massasta.
Jotkut suurimmista eksoplaneetoista verrattuna. Kiitos: NASA/ESA/Hubble
Tietenkin on muitakin tekijöitä, jotka vaikuttavat, kuten koostumus ja lämpötila. Suurimmat tunnetut eksoplaneetat ovat yleensä kuumia Jupitereita, jotka kiertävät tähtensä lähellä. Tämä tarkoittaa, että ne ovat paljon lämpimämpiä ja vähemmän tiheitä kuin kylmä jovian planeetta, kuten Jupiter. Jupiterilla on myös tiheä kivinen ydin, mikä tarkoittaa, että se on pienempi kuin se olisi, jos se olisi valmistettu vain vedystä ja heliumista.
Mutta vaikka nämä tekijät otettaisiin huomioon, jovian planeetat ovat selvästi sekä suurimpia että massiivisimpia planeettoja, joita voi olla. Jupiter ei ole maailmankaikkeuden suurin planeetta, mutta se on yksi jättiläisistä.
Lähde: Muiden maailmojen massojen ja säteiden todennäköisyysennuste , kirjoittaneet Chen, Jingjing ja David Kipping.