Jupiter is de grootste planeet in het zonnestelsel. In termen van massa, Jupiter verkleint de andere planeten. Als je alle andere planeten zou samenvoegen tot een enkele massa, Jupiter zou nog steeds 2,5 keer massiever zijn. Het is moeilijk te onderschatten hoe groot Jupiter is. Maar aangezien we de afgelopen decennia duizenden exoplaneten hebben ontdekt, het roept een interessante vraag op over hoe Jupiter zich verhoudt. In andere woorden, hoe groot kan een planeet zijn? Het antwoord is subtieler dan je zou denken.

Het simpele antwoord is dat een grote planeet iets te klein is om een ​​ster te zijn. De gebruikelijke definitie voor een ster is dat deze groot genoeg moet zijn om waterstof in de kern te fuseren tot helium. Een hoofdreeksster is er een waarin de warmte en druk die door fusie worden gegenereerd, worden gecompenseerd door het zwaartekrachtgewicht van de ster.

Sterren zijn meestal gemaakt van waterstof en helium, en het is veilig om aan te nemen dat de grootste planeten een vergelijkbare samenstelling zouden hebben. De zon is gemaakt van ongeveer 75 procent waterstof en 24 procent helium, de andere 1 procent zijn zwaardere elementen. Jupiter is ongeveer 71 procent waterstof, 24 procent helium, en 5 procent anders. Laten we aannemen dat elke grote planeet uit drie delen waterstof en één deel helium bestaat.

Zolang er geen fusie plaatsvindt, een grote planeet zal in een staat van hydrostatisch evenwicht zijn. Dat betekent dat het gewicht van al dat gas dat op zichzelf probeert in te storten, wordt gecompenseerd door de druk van het gas dat niet samengedrukt wil worden. Hoe meer massa je hebt, hoe meer het interieur wordt samengedrukt, en hoe warmer het wordt. Met voldoende massa, het interieur wordt heet genoeg om waterstof te laten fuseren tot helium. Die kritische massa is ongeveer 80 Jupiters. Alles met meer massa moet een ster zijn.

Maar dat is niet de beste bovengrens, omdat er objecten in het universum zijn die bekend staan ​​als bruine dwergen. Deze objecten zijn sterachtig omdat ze niet in hydrostatisch evenwicht zijn. Hun interieurs genereren warmte als een ster, en ze kunnen zelfs waterstof fuseren tot deuterium, alleen geen helium. Anderzijds, de kleinste bruine dwergen hebben koel, bewolkte oppervlakken, en zou eruitzien als een planeet. De ondergrens van de massa voor een bruine dwerg is ongeveer 13 Jupiter-massa's.

In termen van massa, 13 Jupitermassa's zijn een goede bovengrens. Maar als het om grote planeten gaat, de meest massieve zijn niet echt de grootste in omvang.

In tegenstelling tot vaste stoffen, die niet veel samendrukken onder druk, gassen aanzienlijk kunnen comprimeren. Dus als je massa toevoegt aan een gasplaneet, het volume neemt niet met dezelfde hoeveelheid toe. Bijvoorbeeld, Jupiter is drie keer de massa van Saturnus, maar is minder dan 20 procent groter in volume. Terugkomend op ons model van hydrostatisch evenwicht, de meest massieve planeten zijn eigenlijk kleiner dan Jupiter.

Een paar jaar geleden keken Jingjing Chen en David Kipping hoe de grootte van planeten kan variëren, afhankelijk van hun massa. Ze ontdekten dat er een overgangspunt is tussen werelden van het type Neptunus waar meer massa de neiging heeft om groter te worden en werelden van het Jupiter-type waar meer massa de neiging heeft om het gas simpelweg meer samen te drukken. Dat kritieke punt is ongeveer de helft van de massa van Jupiter, dus de grootste planeten zouden rond die massa moeten zijn. Dit komt overeen met observatie. De grootste bevestigde exoplaneet is WASP-17b. Het is ongeveer twee keer zo groot als Jupiter, maar heeft slechts 49 procent van de massa van Jupiter.

Natuurlijk, er zijn andere factoren die meespelen, zoals samenstelling en temperatuur. De grootste bekende exoplaneten zijn meestal hete Jupiters die dicht bij hun ster draaien. Dit betekent dat ze veel warmer en minder dicht zijn dan een koude joviaanse planeet zoals Jupiter. Jupiter heeft ook een dichte rotsachtige kern, wat betekent dat het kleiner is dan het zou zijn als het alleen van waterstof en helium zou zijn gemaakt.

Maar zelfs rekening houdend met deze factoren, joviaanse planeten zijn duidelijk zowel de grootste als de meest massieve planeten die kunnen bestaan. Jupiter is niet de grootste planeet in het heelal, maar het is een van de reuzen.