كوكب المشتري هو أكبر كوكب في النظام الشمسي. من حيث الكتلة ، أبراج المشتري فوق الكواكب الأخرى. إذا جمعت كل الكواكب الأخرى معًا في كتلة واحدة ، فسيظل كوكب المشتري أكبر 2.5 مرة. من الصعب أن نفهم مدى ضخامة المشتري. ولكن كما اكتشفنا آلاف الكواكب الخارجية في العقود الأخيرة ، فإنه يثير سؤالًا مثيرًا للاهتمام حول كيفية مقارنة المشتري. وبعبارة أخرى ، ما هو حجم الكوكب؟ الجواب أكثر دقة مما قد تعتقد.
الجواب البسيط هو أن الكوكب الكبير هو أصغر من أن يكون نجماً. التعريف المعتاد للنجم هو أنه يجب أن يكون كبيرًا بما يكفي لدمج الهيدروجين في الهيليوم في قلبه. النجم المتسلسل الرئيسي هو النجم الذي يتم فيه موازنة الحرارة والضغط المتولد عن الاندماج بالوزن الثقالي للنجم.
تتكون النجوم في الغالب من الهيدروجين والهيليوم ، ومن الآمن الافتراض أن أكبر الكواكب سيكون لها تركيبة مماثلة. تتكون الشمس من حوالي 75٪ هيدروجين و 24٪ هيليوم ، و 1٪ أخرى عناصر ثقيلة. المشتري حوالي 71٪ هيدروجين و 24٪ هيليوم و 5٪ أخرى. فلنتخيل أن أي كوكب كبير هو 3 أجزاء من الهيدروجين إلى جزء واحد
الهليوم.
طالما لم يكن هناك اندماج مستمر ، سيكون الكوكب الكبير في حالة توازن هيدروستاتيكي. وهذا يعني أن وزن كل الغاز الذي يحاول الانهيار على نفسه يتم موازنته بضغط الغاز الذي لا يريد الضغط عليه. كلما زادت الكتلة لديك ، زاد الضغط على الداخل ، وكلما ازدادت سخونة. مع الكتلة الكافية ، يصبح الجزء الداخلي ساخنًا بما يكفي ليبدأ الهيدروجين في الاندماج في الهيليوم. هذه الكتلة الحرجة حوالي 80 جوبيتر. أي شيء له كتلة أكبر من ذلك يجب أن يكون نجماً.
لكن هذا ليس أفضل حد أعلى ، لأن هناك أشياء في الكون تعرف بالأقزام البنية. هذه الأجسام تشبه النجم لأنها ليست في توازن هيدروستاتي. تولد تصميماتها الداخلية حرارة مثل النجم ، ويمكنها أيضًا دمج الهيدروجين في الديوتريوم ، وليس فقط الهليوم. من ناحية أخرى ، فإن الأقزام البنية الأصغر لها أسطح باردة وغائمة ، وتبدو ككوكب. الحد الأدنى للكتلة لقزم بني هو حوالي 13 كتلة المشتري.
من حيث الكتلة ، 13 كتلة المشتري هي حد أعلى جيد. ولكن عندما يتعلق الأمر بالكواكب الكبيرة ، فإن أكبر الكواكب ليست في الواقع أكبر حجم.
على عكس المواد الصلبة ، التي لا تضغط كثيرًا تحت الضغط ، يمكن للغازات أن تضغط بشكل كبير. لذلك عندما تضيف كتلة إلى كوكب الغاز ، لا يزداد حجمه بنفس الكمية. على سبيل المثال ، المشتري أكبر بثلاث مرات من كتلة زحل ولكنه أكبر بنسبة 20٪ من حيث الحجم. بالعودة إلى نموذج التوازن الهيدروستاتيكي ، فإن الكواكب الأكثر ضخامة هي في الواقع أصغر من حجم المشتري.
قبل بضع سنوات ، نظر جينغ جينغ تشن وديفيد كيبينغ في كيفية اختلاف حجم الكواكب اعتمادًا على كتلتها. [^ 1] وجدوا أن هناك نقطة انتقال بين عوالم من نوع نبتون حيث تميل المزيد من الكتلة إلى زيادة حجمها والمشتري عوالم من نوع حيث تميل الكتلة إلى ضغط الغاز ببساطة أكثر. هذه النقطة الحرجة هي حوالي نصف كتلة المشتري ، لذلك يجب أن يكون أكبر الكواكب حول تلك الكتلة. هذا يتفق مع الملاحظة. أكبر كوكب خارجي مؤكد هو WASP-17b. يبلغ حجمه ضعف حجم المشتري تقريبًا ولكن يحتوي على 49 ٪ فقط من كتلة المشتري.
بالطبع ، هناك عوامل أخرى تلعب دورها ، مثل التكوين ودرجة الحرارة. تميل أكبر الكواكب الخارجية المعروفة إلى أن تكون كوكب المشتري ساخنًا يدور بالقرب من نجمه. هذا يعني أنها أكثر دفئًا وأقل كثافة من كوكب جوفي البارد مثل المشتري. للمشتري أيضًا قلب صخري كثيف ، مما يعني أنه أصغر مما لو كان مصنوعًا فقط من الهيدروجين والهيليوم.
ولكن حتى مع أخذ هذه العوامل في الاعتبار ، من الواضح أن الكواكب الجوفي هي أكبر الكواكب وأكبرها على الإطلاق. المشتري ليس أكبر كوكب في الكون ، ولكنه واحد من العمالقة.
مصدر: التنبؤ الاحتمالي للجماهير ونصف قطر العوالم الأخرى ، بواسطة تشن ، جينغ جينغ ، وديفيد كيبينغ.
