Jupiter est la plus grosse planète du système solaire. En termes de masse, Jupiter éclipse les autres planètes. Si vous deviez rassembler toutes les autres planètes en une seule masse, Jupiter serait encore 2,5 fois plus massive. Il est difficile de sous-estimer à quel point Jupiter est énorme. Mais comme nous avons découvert des milliers d'exoplanètes au cours des dernières décennies, cela soulève une question intéressante sur la façon dont Jupiter se compare. En d'autres termes, Quelle peut être la taille d'une planète ? La réponse est plus subtile que vous ne le pensez.

La réponse simple est qu'une grande planète est quelque chose de trop petit pour être une étoile. La définition habituelle d'une étoile est qu'elle doit être suffisamment grande pour fusionner l'hydrogène en hélium dans son noyau. Une étoile à séquence principale est une étoile dans laquelle la chaleur et la pression générées par la fusion sont équilibrées par le poids gravitationnel de l'étoile.

Les étoiles sont principalement constituées d'hydrogène et d'hélium, et il est sûr de supposer que les plus grandes planètes auraient une composition similaire. Le soleil est composé d'environ 75 pour cent d'hydrogène et 24 pour cent d'hélium, l'autre 1 pour cent étant des éléments plus lourds. Jupiter contient environ 71% d'hydrogène, 24 pour cent d'hélium, et 5 pour cent autres. Supposons donc qu'une grande planète soit constituée de trois parts d'hydrogène pour une part d'hélium.

Tant qu'il n'y a pas de fusion en cours, une grande planète sera dans un état d'équilibre hydrostatique. Cela signifie que le poids de tout ce gaz essayant de s'effondrer sur lui-même est équilibré par la pression du gaz qui ne veut pas être comprimé. Plus vous avez de masse, plus l'intérieur est serré, et plus il fait chaud. Avec une masse suffisante, l'intérieur devient suffisamment chaud pour que l'hydrogène commence à fusionner en hélium. Cette masse critique est d'environ 80 Jupiters. Tout ce qui a plus de masse que cela doit être une étoile.

Mais ce n'est pas la meilleure limite supérieure, car il y a des objets dans l'univers connus sous le nom de naines brunes. Ces objets ressemblent à des étoiles car ils ne sont pas en équilibre hydrostatique. Leurs intérieurs génèrent de la chaleur comme une étoile, et ils peuvent même fusionner l'hydrogène en deutérium, mais pas l'hélium. D'autre part, les plus petites naines brunes ont cool, surfaces nuageuses, et ressemblerait à une planète. La limite inférieure de masse pour une naine brune est d'environ 13 masses de Jupiter.

En termes de masse, 13 masses de Jupiter est une bonne limite supérieure. Mais quand il s'agit de grandes planètes, les plus massives ne sont pas en fait les plus grandes.

Contrairement aux solides, qui se compriment peu sous pression, les gaz peuvent se comprimer considérablement. Alors que vous ajoutez de la masse à une planète gazeuse, son volume n'augmente pas du même montant. Par exemple, Jupiter est trois fois la masse de Saturne mais est moins de 20 pour cent plus grand en volume. En revenant à notre modèle d'équilibre hydrostatique, les planètes les plus massives sont en fait plus petites que Jupiter.

Il y a quelques années, Jingjing Chen et David Kipping ont examiné comment la taille des planètes peut varier en fonction de leur masse. Ils ont découvert qu'il existe un point de transition entre les mondes de type Neptune où plus de masse a tendance à augmenter leur taille et les mondes de type Jupiter où plus de masse a tendance à simplement comprimer davantage le gaz. Ce point critique est environ la moitié de la masse de Jupiter, donc les plus grosses planètes devraient avoir autour de cette masse. Cela concorde avec l'observation. La plus grande exoplanète confirmée est WASP-17b. Il fait environ deux fois la taille de Jupiter mais n'a que 49% de la masse de Jupiter.

Bien sûr, il y a d'autres facteurs qui entrent en jeu, comme la composition et la température. Les plus grandes exoplanètes connues ont tendance à être des Jupiters chaudes en orbite près de leur étoile. Cela signifie qu'ils sont beaucoup plus chauds et moins denses qu'une planète jovienne froide comme Jupiter. Jupiter a aussi un noyau rocheux dense, ce qui signifie qu'il est plus petit qu'il ne le serait s'il n'était composé que d'hydrogène et d'hélium.

Mais même en tenant compte de ces facteurs, les planètes joviennes sont clairement à la fois les planètes les plus grandes et les plus massives qui puissent exister. Jupiter n'est pas la plus grosse planète de l'univers, mais c'est l'un des géants.