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巨大惑星とは、地球よりもはるかに大きい多様な種類の惑星のことです。ローマ神話の神ジュピターの別名であるジュピターにちなんで、木星型惑星と呼ばれることもあります。巨大惑星は通常、岩石やその他の固体物質ではなく、主に低沸点物質（揮発性物質）で構成されていますが、メガアースと呼ばれる巨大惑星も存在します。太陽系には、木星、土星、天王星、海王星の4つの巨大惑星があります。太陽系外にも多くの巨大惑星が確認されています。
巨大惑星はガス惑星と呼ばれることもありますが、現在では多くの天文学者がこの用語を木星と土星にのみ適用し、組成の異なる天王星と海王星を氷惑星に分類しています。どちらの名称も誤解を招く可能性があります。太陽系の巨大惑星はすべて、気体と液体の明確な相が存在しない臨界点以上の流体で主に構成されています。木星と土星は主に水素とヘリウムで構成されていますが、天王星と海王星は水、アンモニア、メタンで構成されています。
非常に低質量の褐色矮星と巨大なガス惑星（約13 M J ）との決定的な違いについては議論が分かれている。一方の学説は惑星形成に基づいており、もう一方の学説は惑星内部の物理学に基づいている。議論の一部は、褐色矮星は定義上、その歴史のある時点で核融合を経験していなければならないかどうかに関係している。[ 1 ]
ガス惑星という用語は、1952 年にSF作家のジェームズ・ブリッシュによって造語され、当初はすべての巨大惑星を指すために使用されました。しかし、これらの惑星の大部分では圧力が非常に高いため物質が気体状ではないため、この用語はやや不適切であると言えるでしょう。[ 2 ]大気の上層部を除いて、[ 3 ]すべての物質はおそらく臨界点を超えており、液体と気体の区別はありません。流体惑星という用語の方がより正確でしょう。木星も中心付近に金属水素を持っていますが、その体積の大部分は水素、ヘリウム、および臨界点を超える微量の他のガスで構成されています。これらの惑星の観測可能な大気（光学的深さが単位未満）は、半径に比べて非常に薄く、中心までわずか 1 パーセントしか広がっていません。したがって、観測可能な部分はガス状です（ガス状大気を通して地殻が見える火星や地球とは対照的です）。
このやや誤解を招く用語が広まったのは、惑星科学者が通常、物質の状態に関係なく、惑星の構成要素として一般的に見られる元素や化合物のクラスを略して岩石、ガス、氷と呼ぶからである。太陽系の外縁部では、水素とヘリウムはガス、水、メタン、アンモニアは氷、ケイ酸塩と金属は岩石と呼ばれる。惑星の深部内部を考えると、天文学者が氷とは酸素と炭素、岩石とはケイ素、ガスとは水素とヘリウムを意味すると言っても、あながち間違いではないかもしれない。天王星と海王星が木星と土星と異なる多くの点から、この用語を後者の2つに似た惑星にのみ使用するようになった。この用語を念頭に置いて、一部の天文学者は、天王星と海王星の内部構成において氷（流体形態）が優勢であることを示すために、これらを氷の巨人と呼ぶようになった。[ 4 ]
代替用語である「木星の惑星」は、ローマ神話の神ジュピター（属格形はJovis、つまりJovian ）に由来し、これらの惑星すべてが木星に似ていることを示す意図があった。
重水素核融合を開始するのに十分な大きさの天体（太陽組成の場合、13木星質量以上）は褐色矮星と呼ばれ、これらは巨大惑星と最も質量の小さい恒星の間の質量範囲を占めます。13木星質量（M J）のカットオフは、正確な物理的意味を持つものではなく、経験則です。より大きな天体は重水素のほとんどを燃焼し、より小さな天体はわずかにしか燃焼せず、13 M Jの値はその間にあります。[ 5 ]燃焼する重水素の量は、質量だけでなく、惑星の組成、特に存在するヘリウムと重水素の量にも依存します。[ 6 ]太陽系外惑星百科事典には最大60 M Jの天体が含まれており、Exoplanet Data Explorer には最大24 M Jの天体が含まれています。[ 7 ] [ 8 ]
巨大惑星は質量が大きく、水素とヘリウムの厚い大気を持つ惑星です。形成過程で運ばれてきた、より重い元素の凝縮した「核」を持つ場合があります。[ 9 ]この核は部分的に、または完全に溶解し、水素/ヘリウムの外層全体に分散している場合があります。[ 10 ] [ 9 ]木星や土星などの「伝統的な」巨大惑星（ガス惑星）では、水素とヘリウムが惑星の質量の大部分を占めていますが、天王星と海王星では、水素とヘリウムは外層のみを構成しており、主に水、アンモニア、メタンで構成されているため、「氷の巨大惑星」と呼ばれることが増えています。
恒星のすぐ近くを公転する巨大系外惑星は、最も容易に検出できる系外惑星です。これらは表面温度が非常に高いため、ホットジュピターやホットネプチューンと呼ばれています。ホットジュピターは、地上観測機器で比較的容易に検出できるため、宇宙望遠鏡が登場するまでは、最も一般的な系外惑星の形態でした。
巨大惑星は一般的に固体表面を持たないと言われますが、より正確には、惑星を構成するガスは惑星の中心からの距離が遠くなるにつれて徐々に薄くなり、最終的には惑星間空間と区別がつかなくなるため、表面が全く存在しないと言う方が適切です。したがって、巨大惑星への着陸は、その核の大きさや組成によっては可能かもしれないし、不可能かもしれません。
ガス惑星は主に水素とヘリウムで構成されています。太陽系のガス惑星である木星と土星は、質量の3～13パーセントを占める重元素を持っています。[ 11 ]ガス惑星は、分子水素の外層が液体金属水素の層を囲み、岩石質の組成を持つ溶融した核を持つと考えられています。
木星と土星の水素大気の最外層には、主に水とアンモニアで構成された目に見える雲の層が多数存在します。金属水素の層は各惑星の大部分を占めており、非常に高い圧力によって水素が電気伝導体となるため「金属」と呼ばれています。核は、非常に高い温度（20,000 K）と圧力でより重い元素で構成されていると考えられており、その性質はよく理解されていません。[ 11 ]
氷の巨星は、ガスの巨星とは明らかに異なる内部構造を持っています。太陽系の氷の巨星である天王星と海王星は、雲頂から半径の約80%（天王星）または85%（海王星）まで広がる水素に富んだ大気を持っています。それより下は、主に「氷」でできており、つまり、主に水、メタン、アンモニアで構成されています。岩石とガスも存在しますが、氷、岩石、ガスのさまざまな割合が純粋な氷に似ている可能性があるため、正確な割合は不明です。[ 12 ]
天王星と海王星は、メタンを少量含む非常に霞んだ大気層を持ち、淡いアクアマリン色を呈している。両惑星とも、自転軸に対して急激に傾いた磁場を持っている。
他の巨大惑星とは異なり、天王星は極端に傾いているため、季節の変化が非常に顕著です。また、この2つの惑星には、他にも微妙ながら重要な違いがあります。天王星は、全体的な質量は海王星よりも小さいにもかかわらず、水素とヘリウムの含有量が多くなっています。そのため、海王星は密度が高く、内部熱量も多く、大気もより活発です。実際、ニースモデルでは、海王星は天王星よりも太陽に近い位置で形成されたとされており、したがって、より多くの重元素を含んでいるはずだとされています。
「メガアース」または「巨大固体惑星」という用語は、地球やガス惑星よりも密度がかなり高い、非常に質量の大きい地球型系外惑星を指すために使用されてきました。「メガアース」という用語は2014年に造語されましたが[ 13 ] 、 2026年に定量的な定義が提案されるまでは非公式なカテゴリーのままでした[ 14 ]。 2026年3月時点での既知の系外惑星の測定された半径と密度に基づくと、メガアースは、半径が地球の半径の 2.1 ～ 5.0 の間( R 🜨 ) で、密度が地球の (5.5 g/cm 3 ) [ 14 ]
観測された高密度から、メガアースは岩石、金属、氷などの固体物質で大部分が構成されていると推測されている。[ 14 ] [ 15 ]メガアースが水などの揮発性物質に富んでいる場合、水素、ヘリウム、その他のガスの薄い大気の下に超臨界海洋が存在する可能性がある。 [ 15 ]メガアースの存在は、惑星形成に関する従来の理論に疑問を投げかける。なぜなら、巨大な惑星は、主星の原始惑星系円盤から固体物質に加えて大量のガスを集積するはずだからである。[ 15 ]メガアースは、蒸発したガス惑星の残骸の核であるか、スーパーアース同士の連続衝突の産物である可能性があると仮説が立てられている。 [ 15 ]
PSR J1719−1438 bのようなパルサー惑星は、木星よりも質量が大きいが、ガス惑星に比べて半径が小さいことが発見されており、そのため、主に結晶化したダイヤモンドと酸素で構成されていると予想されている。[ 16 ]そのため、これらはパルサーとの相互作用中に引き裂かれた、かつての伴星の内部コアの炭素に富む惑星サイズの残骸である可能性がある。[ 16 ]しかし、定義によれば、これらは高密度のダイヤモンド惑星ではなく、非常に低質量の白色矮星とみなされるだろう。[ 17 ]
質量が数千Mに達する巨大な固体惑星が、大質量星（B型星やO型星など）の周りに形成される可能性。 5～120 M☉ ） も岩石惑星の質量半径関係に基づいて提案されており、そのような恒星の周りの原始惑星系円盤には十分な重元素が含まれており、強い紫外線放射と強い風によって円盤内のガスが光蒸発し、重元素だけが残る可能性があると提案されている。 [ 18 ]しかし、より最近の研究では、 10 M☉を超える恒星では原始惑星系円盤の質量と恒星の質量の比率が急速に減少することが示されている。[ 19 ]
あるモデルによれば、少なくとも太陽質量の百万倍（M☉ ）の回転する超大質量ブラックホールの周りを公転する、他の惑星と基本的に類似したいわゆるブラネットと呼ばれる天体は、巨大な固体惑星に匹敵する質量を持つ可能性があるという仮説が立てられている。ガスがブラネットに暴走的に集積してガス惑星になることは可能だが、おそらく難しいだろう。とはいえ、これはブラネットの軌道がガスで満たされる速度にも依存するだろう。[ 20 ]
スーパーパフとは、質量が地球の数倍しかないが半径が海王星より大きい系外惑星の一種で、平均密度が非常に低い。膨張した低密度のホットジュピターよりも温度が低く、質量も小さい。最も極端な例として知られているのは、ケプラー51の周りを公転する3つの惑星で、いずれも木星サイズだが密度は0.1 g/cm 3未満である。[ 21 ]
現在利用可能な系外惑星検出技術が限られているため、これまでに発見された系外惑星の多くは、太陽系でいうところの巨大惑星に相当する大きさである。これらの巨大惑星は、他の巨大惑星よりも木星と共通点が多いと推測されているため、「木星型惑星」という表現の方がより正確だと主張する人もいる。多くの系外惑星は、太陽系の巨大惑星よりも恒星にずっと近く、そのためはるかに高温であるため、これらの惑星の中には、太陽系では観測されていないタイプのものもある可能性がある。宇宙における元素の相対存在量（約98%が水素とヘリウム）を考えると、木星よりも質量が大きい岩石質の惑星が見つかるのは驚くべきことだろう。一方、惑星系形成モデルでは、多くの系外巨大惑星が観測されているほど恒星に近づくと、巨大惑星の形成が阻害されると示唆されている。
木星の大気に見られる帯状の模様は、惑星の赤道に平行に惑星を一周する、ゾーンとベルトと呼ばれる物質の逆循環流によって生じます。ゾーンは明るい色の帯で、大気の高高度に位置し、内部に上昇気流があり、高圧領域です。ベルトは暗い色の帯で、大気の低高度に位置し、内部に下降気流があり、低圧領域です。これらの構造は、地球の大気の高圧セルと低圧セルにいくらか似ていますが、構造は大きく異なります。地球の小さな閉じ込められた圧力セルとは異なり、惑星全体を一周する緯度方向の帯状構造となっています。これは、惑星の高速回転と基本的な対称性の結果であると考えられます。局所的な加熱を引き起こす海洋や陸地はなく、回転速度は地球よりもはるかに速いのです。
他にも、大きさや色の異なる斑点など、より小さな構造物も存在します。木星で最も目立つのは大赤斑で、少なくとも300年以上前から存在しています。これらの構造物は巨大な嵐であり、中には積乱雲であるものもあります。
