Jak wielka może być planeta?

Naukowcy określili, jak zmienia się wielkość planety w zależności od jej masy. Okazuje się, że Jowisz należy do największych planet we wszechświecie.

Aktualizacja: 23.11.2019 15:39 Publikacja: 23.11.2019 15:22

Jak wielka może być planeta?

Foto: NASA/JPL-Caltech

Gwiazda to obiekt kosmiczny, który powstaje z zapadania grawitacyjnego materii kosmicznej, złożonej głównie z wodoru. Gdy ta chmura osiągnie odpowiednią gęstość i temperaturę, rozpoczyna się reakcja fuzji, zamieniająca stopniowo wodór w hel.

Graniczna wielkość zbitki materii, przy której rozpoczyna się fuzja jądrowa, a gwiazda zaczyna wysyłać ciepło ogrzewające planety orbitujące w jej układzie planetarnym, to równowartość masy ok. 80 Jowiszów, co oznacza, że wszystkie obiekty kosmiczne o masie większej niż 80 Jowiszów są gwiazdami, a wszystkie mniejsze planetami. Dopóki nie dojdzie do fuzji, duża planeta jest w stanie równowagi hydrostatycznej. Im planeta cięższa, tym bardziej ściśnięte jest jej wnętrze, a temperatura wyższa.

Choć i tu pojawia się kosmiczny wyjątek, jakim jest brązowy karzeł. Jego masa jest zbyt niska, aby w jego wnętrzu mogła zachodzić reakcja jądrowa, ale na tyle wysoka, aby możliwa była syntetyzacja deuteru (izotopu wodoru, który w jądrze zawiera jeden proton i jeden neutron). Chociaż brązowych karłów jest w przestrzeni dwa razy więcej niż zwykłych gwiazd, to z powodu niemożności zajścia reakcji jądrowej nazywa się je pogardliwie niewypałami.

Masa Jowisza jest nieco mniejsza od jednej tysięcznej masy Słońca, ale jednocześnie dwa i pół raza większa od masy wszystkich pozostałych planet w Układzie Słonecznym. Na równiku Jowisz ma średnicę 142 984 km (Ziemia w tej samej płaszczyźnie zaledwie 12 742 km). Razem z Saturnem należy do grupy gazowych olbrzymów zwanych czasem planetami jowiszowymi.

Gwiazdy składają się głównie z wodoru oraz helu i można bezpiecznie założyć, że największe planety miałyby podobny skład. Słońce składa się w 75 proc. z wodoru, 24 proc. z helu i 1 proc. cięższych pierwiastków, w przypadku Jowisza jest to, odpowiednio, 71 proc., 24 proc. i 5 proc. Można więc przyjąć, że każda duża planeta to trzy części wodoru do jednej części helu.

W przeciwieństwie do ciał stałych, które trudno jest ścisnąć, gazy mogą znacznie się sprężyć. Analizując masę planety gazowej musimy brać pod uwagę, że jej masa nie rośnie z objętością. Jeśli weźmiemy Jowisza i Saturna, to ten pierwszy jest trzy razy cięższy przy objętości większej o 20 proc. Okazuje się, że najbardziej masywne planety wcale nie są takie wielkie i w rzeczywistości są mniejsze niż Jowisz.

Naukowcy, Jingjing Chen i David M. Kipping sprawdzili jak zmienia się wielkość planet w zależności od ich masy. Określili granicę dla światów typu Neptuna, gdzie większa masa zwiększa wielkość planety, i planet typu Jowisza, gdzie większa masa po prostu bardziej spręża gaz. Ten punkt krytyczny znajduje się, mniej więcej, w połowie masy Jowisza. Potwierdzają to obserwacje. Największą odkrytą egzoplanetą jest WASP-17b. Jest ona w przybliżeniu dwa razy większa niż Jowisz, ale ma 49 proc. jego masy.

Oczywiście w grę wchodzą również inne czynniki, takie jak skład i temperatura. Największymi znanymi egzoplanetami są zazwyczaj gorące planety jowiszowe orbitujące blisko gwiazdy. Oznacza to, że są one znacznie cieplejsze i mniej gęste niż nasz zimny Jowisz. Jowisz ma również gęsty skalisty rdzeń, co oznacza, że jest mniejszy niż gdyby powstał tylko z wodoru i helu.

Planety jowiszowe są największymi i najbardziej masywnymi planetami, które mogą istnieć. Jowisz nie jest największą planetą we wszechświecie, ale należy do grona gigantów.

Gwiazda to obiekt kosmiczny, który powstaje z zapadania grawitacyjnego materii kosmicznej, złożonej głównie z wodoru. Gdy ta chmura osiągnie odpowiednią gęstość i temperaturę, rozpoczyna się reakcja fuzji, zamieniająca stopniowo wodór w hel.

Graniczna wielkość zbitki materii, przy której rozpoczyna się fuzja jądrowa, a gwiazda zaczyna wysyłać ciepło ogrzewające planety orbitujące w jej układzie planetarnym, to równowartość masy ok. 80 Jowiszów, co oznacza, że wszystkie obiekty kosmiczne o masie większej niż 80 Jowiszów są gwiazdami, a wszystkie mniejsze planetami. Dopóki nie dojdzie do fuzji, duża planeta jest w stanie równowagi hydrostatycznej. Im planeta cięższa, tym bardziej ściśnięte jest jej wnętrze, a temperatura wyższa.

2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Kosmos
NASA szuka sposobu na sprowadzanie próbek z Marsa. Tanio i szybko
Kosmos
Odszedł Peter Higgs, odkrywca boskiej cząstki
Kosmos
Badania neutrin pomogą rozwiązać zagadkę powstania wszechświata
Kosmos
Księżyc będzie miał własną strefę czasową? Biały Dom nakazał ustalenie standardu
Kosmos
Astronomowie odkryli tajemnice galaktyki z początku istnienia wszechświata