Jupiter är den största planeten i solsystemet. När det gäller massa, Jupiter dvärgar de andra planeterna. Om du skulle samla alla andra planeter till en enda massa, Jupiter skulle fortfarande vara 2,5 gånger mer massiv. Det är svårt att underskatta hur stor Jupiter är. Men eftersom vi har upptäckt tusentals exoplaneter under de senaste decennierna, det väcker en intressant fråga om hur Jupiter kan jämföras. Uttryckt på ett annat sätt, hur stor kan en planet vara? Svaret är mer subtilt än du kanske tror.

Det enkla svaret är att en stor planet är allt för liten för att vara en stjärna. Den vanliga definitionen för en stjärna är att den måste vara tillräckligt stor för att smälta samman väte till helium i dess kärna. En huvudsekvensstjärna är en stjärna där värmen och trycket som genereras av fusion balanseras av stjärnans gravitationsvikt.

Stjärnor är mestadels gjorda av väte och helium, och det är säkert att anta att de största planeterna skulle ha en liknande sammansättning. Solen är gjord av cirka 75 procent väte och 24 procent helium, den andra 1 procenten är tyngre grundämnen. Jupiter är ungefär 71 procent väte, 24 procent helium, och 5 procent annat. Så låt oss anta att en stor planet består av tre delar väte till en del helium.

Så länge det inte pågår någon fusion, en stor planet kommer att vara i ett tillstånd av hydrostatisk jämvikt. Det betyder att vikten av all gas som försöker kollapsa på sig själv balanseras av trycket från gasen som inte vill pressas. Ju mer massa du har, ju mer inredningen kläms, och ju varmare det blir. Med tillräckligt med massa, insidan blir tillräckligt varm för att väte ska börja smälta samman till helium. Den kritiska massan är cirka 80 Jupiters. Allt med mer massa än så måste vara en stjärna.

Men det är inte den bästa övre gränsen, eftersom det finns föremål i universum som kallas bruna dvärgar. Dessa objekt är stjärnliknande eftersom de inte är i hydrostatisk jämvikt. Deras interiör genererar värme som en stjärna, och de kan till och med smälta samman väte till deuterium, bara inte helium. Å andra sidan, de minsta bruna dvärgarna har coola, grumliga ytor, och skulle se ut som en planet. Den nedre massagränsen för en brun dvärg är cirka 13 Jupitermassor.

När det gäller massa, 13 Jupitermassor är en bra övre gräns. Men när det kommer till stora planeter, de mest massiva är faktiskt inte de största i storlek.

Till skillnad från fasta ämnen, som inte komprimerar mycket under tryck, gaser kan komprimeras avsevärt. Så när du lägger till massa till en gasplanet, dess volym ökar inte lika mycket. Till exempel, Jupiter är tre gånger så stor som Saturnus men är mindre än 20 procent större i volym. Gå tillbaka till vår modell av hydrostatisk jämvikt, de mest massiva planeterna är faktiskt mindre än Jupiter i storlek.

För några år sedan tittade Jingjing Chen och David Kipping på hur storleken på planeter kan variera beroende på deras massa. De fann att det finns en övergångspunkt mellan världar av Neptunus-typ där mer massa tenderar att öka sin storlek och världar av Jupiter-typ där mer massa tenderar att helt enkelt komprimera gasen mer. Den kritiska punkten är ungefär hälften av Jupiters massa, så de största planeterna borde ha runt den massan. Detta överensstämmer med observation. Den största bekräftade exoplaneten är WASP-17b. Den är ungefär dubbelt så stor som Jupiter men har bara 49 procent av Jupiters massa.

Självklart, det finns andra faktorer som spelar in, såsom sammansättning och temperatur. De största kända exoplaneterna tenderar att vara heta Jupiters som kretsar nära sin stjärna. Det betyder att de är mycket varmare och mindre täta än en kall joviansk planet som Jupiter. Jupiter har också en tät stenig kärna, vilket betyder att den är mindre än den skulle vara om den bara var gjord av väte och helium.

Men även om man tar hänsyn till dessa faktorer, jovianska planeter är helt klart både de största och mest massiva planeterna som kan existera. Jupiter är inte den största planeten i universum, men det är en av jättarna.