Юпітер - найбільша планета Сонячної системи. За масою Юпітер височить над іншими планетами. Якби ви зібрали всі інші планети разом в одну масу, Юпітер все-таки був би в 2,5 рази масивнішим. Важко заперечити, наскільки величезний Юпітер. Але коли ми виявили тисячі екзопланет за останні десятиліття, це викликає цікаве питання про порівняння Юпітера. По-іншому, наскільки великою може бути планета? Відповідь більш тонка, ніж ви могли подумати.
Проста відповідь полягає в тому, що велика планета - це все занадто мало, щоб бути зіркою. Звичайне визначення для зірки полягає в тому, що вона повинна бути достатньо великою, щоб злити водень у гелій у своєму ядрі. Зірка в основній послідовності - це те, де тепло і тиск, що утворюються при синтезі, врівноважуються гравітаційною вагою зірки.
Зірки здебільшого складаються з водню та гелію, і можна з упевненістю припустити, що найбільші планети мали б подібний склад. Сонце складається з близько 75% водню та 24% гелію, інші 1% - важчі елементи. Юпітер становить приблизно 71% водню, 24% гелію та 5% інших. Отже, давайте порахуємо, що будь-яка велика планета - 3 частини водню на 1 частину
гелій.
Поки не відбудеться синтез, велика планета буде перебувати в стані гідростатичної рівноваги. Це означає, що вага всього газу, який намагається обвалитися на собі, врівноважується тиском газу, який не хоче видавлювати. Чим більше маси у вас, тим більше стискається інтер’єр, і тим гарячіше стає. Маючи достатню масу, в салоні нагрівається досить, щоб водень почав зливатися в гелій. Ця критична маса становить близько 80 юпітерів. Все, що має більшу масу, ніж це, повинно бути зіркою.
Але це не найкраща верхня межа, тому що у Всесвіті є об'єкти, відомі як бурі карлики. Ці об'єкти мають зоряний характер, оскільки не знаходяться в гідростатичній рівновазі. Їх інтер'єри генерують тепло, як зірка, і вони навіть можуть зливати водень у дейтерій, тільки не гелій. З іншого боку, найдрібніші бурі карлики мають прохолодні мутні поверхні та виглядали б як планета. Нижня межа маси для бурого карлика становить близько 13 мас Юпітера.
За масою 13 мас Юпітера є гарною верхньою межею. Але що стосується великих планет, то наймасовіші з них насправді не найбільші за розміром.
На відміну від твердих речовин, які не тиснуться сильно під тиском, гази можуть значно стискатися. Отже, коли ви додаєте масу на газову планету, її обсяг не збільшується на ту саму кількість. Наприклад, Юпітер втричі перевищує масу Сатурна, але менше на 20% більше. Повертаючись до нашої моделі гідростатичної рівноваги, найбільш масивні планети насправді менші за розмір Юпітера.
Кілька років тому Цзінцзін Чен і Девід Кіппін розглядали, як розміри планет можуть змінюватися залежно від їх маси. [^ 1] Вони виявили, що між світами типу Нептуна є перехідний момент, де більша маса прагне збільшити їх розмір і Юпітер -типи світу, де більша маса прагне просто більше стискати газ. Ця критична точка становить приблизно половину маси Юпітера, тому навколо цієї маси мають бути найбільші планети. Це погоджується із спостереженням. Найбільша підтверджена екзопланета - WASP-17b. Це приблизно вдвічі більше, ніж Юпітер, але він складає лише 49% маси Юпітера.
Звичайно, існують і інші фактори, такі як склад і температура. Найбільші відомі екзопланети, як правило, гарячі Юпітери, що орбітують близько до зірки. Це означає, що вони набагато тепліші та менш щільні, ніж холодна планета Джовітер, як Юпітер. Юпітер також має щільне скелясте ядро, а значить, воно менше, ніж було б, якби воно було зроблене лише з водню та гелію.
Але навіть беручи до уваги ці фактори, планети Джовіан - це однозначно і найбільші, і наймасовіші планети, які можуть існувати. Юпітер - це не найбільша планета у Всесвіті, але це один із гігантів.
Джерело: Імовірнісне прогнозування мас і радіусів інших світів Чен, Цзіньцзін та Девід Кіппінг.
