Jupiter ist der größte Planet im Sonnensystem. In Bezug auf die Masse überragt Jupiter die anderen Planeten. Wenn Sie alle anderen Planeten zu einer einzigen Masse zusammenfassen würden, wäre Jupiter immer noch 2,5-mal so massereich. Es ist schwer zu verstehen, wie groß der Jupiter ist. Da wir in den letzten Jahrzehnten Tausende von Exoplaneten entdeckt haben, wirft dies eine interessante Frage auf, wie Jupiter verglichen wird. Anders ausgedrückt, wie groß kann ein Planet sein? Die Antwort ist subtiler als Sie vielleicht denken.
Die einfache Antwort ist, dass ein großer Planet alles zu klein ist, um ein Stern zu sein. Die übliche Definition für einen Stern ist, dass er groß genug sein muss, um Wasserstoff in seinem Kern zu Helium zu verschmelzen. Ein Hauptreihenstern ist einer, bei dem die durch die Fusion erzeugte Wärme und der Druck durch das Gravitationsgewicht des Sterns ausgeglichen werden.
Sterne bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, und man kann davon ausgehen, dass die größten Planeten eine ähnliche Zusammensetzung haben würden. Die Sonne besteht zu 75% aus Wasserstoff und zu 24% aus Helium, die anderen 1% sind schwerere Elemente. Jupiter besteht zu 71% aus Wasserstoff, zu 24% aus Helium und zu 5% aus anderen. Nehmen wir also an, jeder große Planet besteht aus 3 Teilen Wasserstoff zu 1 Teil
Helium.
Solange keine Fusion stattfindet, befindet sich ein großer Planet in einem hydrostatischen Gleichgewicht. Das bedeutet, dass das Gewicht des gesamten Gases, das versucht, auf sich selbst zu kollabieren, durch den Druck des Gases ausgeglichen wird, das nicht zusammengedrückt werden möchte. Je mehr Masse Sie haben, desto mehr wird der Innenraum zusammengedrückt und desto heißer wird es. Bei ausreichender Masse wird der Innenraum heiß genug, damit Wasserstoff zu Helium verschmelzen kann. Diese kritische Masse beträgt ungefähr 80 Jupiter. Alles, was mehr Masse hat, muss ein Stern sein.
Dies ist jedoch nicht die beste Obergrenze, da es im Universum Objekte gibt, die als Braune Zwerge bekannt sind. Diese Objekte sind sternförmig, weil sie sich nicht im hydrostatischen Gleichgewicht befinden. Ihre Innenräume erzeugen Wärme wie ein Stern und sie können sogar Wasserstoff zu Deuterium verschmelzen, nur nicht zu Helium. Andererseits haben die kleinsten Braunen Zwerge kühle, wolkige Oberflächen und würden wie ein Planet aussehen. Die untere Massengrenze für einen Braunen Zwerg liegt bei 13 Jupitermassen.
In Bezug auf die Masse sind 13 Jupitermassen eine gute Obergrenze. Aber wenn es um große Planeten geht, sind die massereichsten nicht die größten.
Im Gegensatz zu Feststoffen, die unter Druck nicht viel komprimieren, können Gase erheblich komprimieren. Wenn Sie also einem Gasplaneten Masse hinzufügen, nimmt sein Volumen nicht um den gleichen Betrag zu. Zum Beispiel ist Jupiter dreimal so groß wie Saturn, aber weniger als 20 Vol .-% größer. Zurück zu unserem Modell des hydrostatischen Gleichgewichts: Die massereichsten Planeten sind tatsächlich kleiner als Jupiter.
Vor einigen Jahren haben Jingjing Chen und David Kipping untersucht, wie die Größe von Planeten je nach Masse variieren kann. [^ 1] Sie fanden heraus, dass es einen Übergangspunkt zwischen Welten vom Typ Neptun gibt, in denen mehr Masse dazu neigt, ihre Größe und Jupiter zu vergrößern Welten vom Typ, in denen mehr Masse dazu neigt, das Gas einfach mehr zu komprimieren. Dieser kritische Punkt ist ungefähr die Hälfte der Masse des Jupiter, daher sollten die größten Planeten diese Masse haben. Dies stimmt mit der Beobachtung überein. Der größte bestätigte Exoplanet ist WASP-17b. Es ist ungefähr doppelt so groß wie Jupiter, hat aber nur 49% der Jupitermasse.
Natürlich spielen auch andere Faktoren eine Rolle, wie z. B. Zusammensetzung und Temperatur. Die größten bekannten Exoplaneten sind heiße Jupiter, die in der Nähe ihres Sterns umkreisen. Dies bedeutet, dass sie viel wärmer und weniger dicht sind als ein kalter jovianischer Planet wie Jupiter. Jupiter hat auch einen dichten felsigen Kern, was bedeutet, dass er kleiner ist als wenn er nur aus Wasserstoff und Helium bestehen würde.
Aber selbst unter Berücksichtigung dieser Faktoren sind jovianische Planeten eindeutig die größten und massereichsten Planeten, die existieren können. Jupiter ist nicht der größte Planet im Universum, aber einer der Riesen.
Quelle: Probabilistische Vorhersage der Massen und Radien anderer Welten von Chen, Jingjing und David Kipping.
