เพนกวินจักรพรรดิที่โตเต็มที่สูงถึง 122 ซม. (48 นิ้ว) และหนักตั้งแต่ 22 ถึง 45 กิโลกรัม (50–100 ปอนด์) ขึ้นอยู่กับช่วงการตั้งท้องและออกลูก เพนกวินทั้งตัวผู้และตัวเมียจะเสียน้ำหนักกว่า 23 กิโลกรัมระหว่างการกกและการเลี้ยงลูกนกที่เกิดใหม่[5][6] เพนกวินจักรพรรดิก็เช่นเดียวกับเพนกวินสปีชีส์อื่นที่มีรูปร่างที่เพรียวที่ช่วยในการลดแรงดึงเมื่อดำน้ำ และมีปีกที่แข็งแบนที่เหมาะแก่การใช้เป็นครีบในการพุ้ยน้ำ[7] ลิ้นมีปุ่มที่งอเข้าไปทางด้านในเพื่อป้องกันมิให้เหยื่อที่คาบหลุดจากปากได้ง่าย[8] เพนกวินทั้งตัวผู้และตัวเมียมีขนาดและสีคล้ายคลึงกัน[5] เพนกวินที่โตเต็มที่จะมีขนบนหลังเป็นสีดำเข้มที่คลุมหัว คาง คอ และด้านหลังของปีกและหาง ขนสีดำบนส่วนอื่นๆ ของร่างกายเป็นสีที่จางกว่า ใต้ปีกและท้องเป็นสีขาว และค่อยกลายเป็นสีเหลืองอ่อนบนส่วนบนของอก ขณะที่บริเวณหูเป็นสีเหลืองจัด ตอนบนของจะงอยปากยาว 8 ซม. (3 นิ้ว) เป็นสีดำ และจะงอยปากล่างอาจจะเป็นสีชมพู ส้ม หรือม่วง[9] ในลูกเพนกวินที่ยังเล็กรอยรอบหู คาง และคอจะเป็นสีขาว และจะงอยปากจะเป็นสีดำ[9] ลูกนกเพนกวินจักรพรรดิมักจะมีปกคลุมด้วยขนอ่อนฟู (down feather) สีเทาเงิน และมีหัวสีดำหน้าสีขาว[9] ในปี ค.ศ. 2001 มีผู้พบลูกนกเพนกวินที่เป็นสีขาวทั้งตัว แต่ไม่ถือว่าเป็นเพนกวินเผือก (albino) เพราะตามีสีปกติมิได้เป็นสีชมพูอย่างสัตว์เผือก[10] ลูกนกเพนกวินมีน้ำหนักราว 315 กรัม (11 ออนซ์) หลังจากออกจากไข่ และเรียกได้ว่าโตพอที่จะเป็นนกใหญ่ได้เพราะมีขนาดครึ่งหนึ่งของน้ำหนักเมื่อโตเต็มที่[11]

ขนสีดำของเพนกวินจักรพรรดิจะจางลงเป็นสีน้ำตาลระหว่างเดือนพฤศจิกายนถึงเดือนกุมภาพันธ์ก่อนที่จะทำการสลัดขนประจำปีระหว่างเดือนมกราคมถึงเดือนกุมภาพันธ์[9] การสลัดขนเป็นไปอย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับนกชนิดอื่น ที่ใช้เวลาทั้งหมดราว 34 วันจึงแล้วเสร็จ ขนใหม่จะงอกออกจากผิวหนัง หลังจากที่ยาวได้ราวหนึ่งในสามของความยาวเมื่อเทียบกับความยาวเต็มที่ ขนใหม่จึงเริ่มดันขนเก่าออกเพื่อช่วยบรรเทาการสูญเสียความร้อนของร่างกาย หลังจากนั้นขนใหม่ก็จะโตจนเต็มที่[12]

อัตราเฉลี่ยการอยู่รอดปีต่อปีของเพนกวินตกประมาณ 95.1% โดยมีอายุถัวเฉลี่ยราว 19.9 ปี นักวิจัยประมาณว่าเพนกวินจักรพรรดิหนึ่งเปอร์เซ็นต์จะมีอายุยืนนานไปถึง 50 ปี[13] แต่อัตราเฉลี่ยการอยู่รอดของลูกนกที่เกิดใหม่ตรงกันข้ามกับนกโตเต็มวัย ในปีแรกของชีวิต ลูกนกจะอยู่รอดมาได้เพียงราว 19%[14] ฉะนั้น 80% ของฝูงเพนกวินจักรพรรดิจึงเป็นนกโตเต็มวัย ที่มีอายุห้าปีหรือแก่กว่านั้น[13]

เสียง

เพนกวินจักรพรรดิแต่ละครอบครัวไม่มีหลักแหล่งการทำรังที่เป็นที่เป็นทางเช่นนกประเภทอื่น ฉะนั้นนกแต่ละตัวจึงต้องใช้เสียงในการเรียกกู่หาคู่หรือหาลูกของตนเอง ที่ทำให้ต้องพึ่งเสียงเรียกแต่เพียงอย่างเดียวในการบอกได้ว่าตัวใดเป็นตัวใด[15] เสียงเรียกที่ใช้จึงเป็นระบบเสียงที่ซับซ้อนและแตกต่างกันไปเป็นอันมาก ที่ทำให้พ่อแม่และลูกของแต่ละครอบครัวสามารถจำกันได้โดยไม่สับสน[5][15] การเปล่งเสียงของเพนกวินจักรพรรดิใช้ย่านความถี่ (frequency band) สองย่านพร้อมกัน[16] ลูกนกใช้ความถี่ของการผิวปากในการเรียกร้องขออาหารหรือพยายามเรียกหาพ่อแม่[5]

การปรับตัวสู้กับความเย็น

เพนกวินจักรพรรดิผสมพันธุ์ในบรรยากาศที่เย็นที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับบรรดานกสปีชีส์ต่างๆ อุณหภูมิบรรยากาศระหว่างการผสมพันธุ์อาจจะต่ำลงถึง -40 °C หรือ -40 °F ขณะที่ลมอาจจะแรงถึง 144 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือ 89 ไมล์ต่อชั่วโมง อุณหภูมิน้ำอาจจะต่ำลงถึง −1.8 °C (28.8 °F) ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ต่ำมากเมื่อเปรียบเทียบกับอุณหภูมิของร่างกายเพนกวินจักรพรรดิที่ค่าเฉลี่ยราว 39 °C (102 °F)

เพนกวินจักรพรรดิต่อต้านการสูญเสียความร้อนของร่างกายด้วยระบบต่างๆ ของร่างกาย[17] ระบบแรกคือขนที่เป็นฉนวนกันความเย็นได้ประมาณ 80% ถึง 90% และชั้นไขมันใต้ผิวหนังที่อาจจะหนาถึง 3 เซนติเมตร (1.2 นิ้ว) ในช่วงก่อนที่จะเริ่มผสมพันธุ์[18] แต่การมีไขมันหนาทำให้เป็นอุปสรรคต่อความคล่องตัวในการเคลื่อนไหวเมื่อเทียบกับเพนกวินแมเจลเล็นที่เป็นญาติกันที่ไม่มีระบบป้องกันความหนาวที่ดีเท่า[19] ลักษณะของขนเป็นขนแข็งสั้นแหลมและเป็นแผงแน่นไปทั้งร่าง โดยเฉลี่ยแล้วในหนึ่งตารางนิ้วเพนกวินจะมีขนราว 100 เส้น หรือราว 15 เส้นต่อหนึ่งตารางเซนติเมตร ซึ่งเป็นสถิติความแน่นของขนที่แน่นที่สุดในบรรดานกไม่ว่าจะเป็นสปีชีส์ใด[20] นอกจากนั้นก็ยังมีฉนวนอีกชั้นหนึ่งที่เกิดจากการสร้างช่องว่างที่เป็นฟิล์ม (filament) อีกชั้นหนึ่งระหว่างขนกับผิวหนัง กล้ามเนื้อทำให้ขนตั้งตรงเมื่ออยู่บนบกซึ่งทำให้ลดการสูญเสียความร้อนโดยการกักชั้นอากาศไว้ใกล้กับผิวหนัง ในทางตรงกันข้ามขนจะลู่แนบร่างเมื่อลงน้ำซึ่งช่วยทำให้กันไม่ให้เปียก[21] การไซ้ขนอย่างสม่ำเสมอก็เป็นอีกกรรมวิธีหนึ่งในการช่วยสร้างฉนวนปกป้องความร้อน และทำให้ขนเป็นมันซึ่งเป็นอีกประการหนึ่งที่ช่วยในการกันน้ำได้[22]

เพนกวินจักรพรรดิสามารถปรับอุณหภูมิของร่างกาย (Thermoregulation) หรือรักษาอุณหภูมิของร่างกายให้ปกติโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงระบบการเผาผลาญพลังงานของร่างกายในช่วงอุณหภูมิที่แตกต่างกันมาก การปรับอุณหภูมิร่างกายเช่นที่ว่านี้เรียกว่า “การปรับอุณหภูมิถัวเฉลี่ย” (thermoneutral range) ที่ปรับอุณหภูมิในร่างกายได้ตั้งแต่ระหว่าง −10 ขึ้นไปจนถึง 20 °C (หรือตั้งแต่ 10 ขึ้นไปจนถึง 70 °F) ถ้าอุณหภูมิต่ำกว่าที่ว่า อัตราการเผาผลาญ (metabolic rate) ก็จะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว แม้ว่าบางตัวอาจจะสามารถรักษาอุณหภูมิในร่างกาย (core temperature) ให้อยู่ระหว่าง 37.6 ถึง 38.0 °C (99.7 ถึง 100.4 °F) หรือลดลงไปจนถึง −47 °C (−53 °F) ได้[23] การเคลื่อนไหวโดยการว่ายน้ำ เดิน และการสั่นตัวเป็นอีกวิธีหนึ่งในการเพิ่มการช่วยสร้างการเผาผลาญ วิธีที่สี่คือการเพิ่มการย่อยตัวของไขมันด้วยเอนไซม์ซึ่งเกิดขึ้นได้โดยการเร่งโดยฮอร์โมนกลูคากอน[24]

ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นเหนือ 20 °C (68 °F) เพนกวินจักรพรรดิก็อาจเริ่มมีอาการลุกลี้ลุกลนจากอุณหภูมิของร่างกายที่สูงขึ้นเกินกว่าที่ร่างกายจะปรับได้อย่างมีประสิทธิภาพ และการเผาผลาญก็จะเพิ่มขึ้นเพื่อพยายามกำจัดความร้อนของร่างกาย ในกรณีนั้นเพนกวินก็อาจจะช่วยตัวเองด้วยการยกปีกขึ้นเพื่อเปิดส่วนที่ปกติแล้วจะปกปิดร่างกายเพื่อเพิ่มระดับการถ่ายเทความร้อนให้สูงขึ้นไปได้อีก 16%[25]

การปรับตัวต่อแรงกดดัน

นอกจากความสามารถในการทนความหนาวแล้ว เพนกวินจักรพรรดิยังต้องประสบอุปสรรคอีกประการหนึ่งจากการดำน้ำลึก ซึ่งความกดอากาศอาจจะทวีตัวขึ้นถึง 40 เท่าของความกดอากาศบนผิวน้ำ ถ้าเป็นสัตว์บกชนิดอื่นความกดดันระดับนี้จะมีผลต่อร่างกายที่ทำให้เกิดอาการที่เรียกว่า “การบาดเจ็บจากแรงกดดัน” (Barotrauma) ซึ่งเป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อที่เกิดจากความแตกต่างระหว่างความกดดันของอากาศภายในร่างกายและอากาศหรือแก๊สในน้ำรอบร่างกาย แต่กระดูกของเพนกวินเป็นกระดูกแบบตัน มิใช่กระดูกที่มีโพรงอากาศในมวลกระดูกเหมือนสัตว์อื่น ซึ่งทำให้ลดโอกาสที่จะเกิดการบาดเจ็บจากแรงกดดันได้

แต่กระนั้นก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจกันถึงสาเหตุที่เพนกวินชนิดนี้สามารถเลี่ยงจาก “อาการป่วยจากการลดแรงกดดัน” (Decompression sickness) ได้ ความเมาความกดอากาศเป็นอาการที่เกิดจากการเปลี่ยนตัวของแก๊สไนโตรเจนในเลือดเป็นฟองอากาศ เมื่อความกดอากาศลดตัวลงอย่างรวดเร็ว ขณะที่ดำน้ำอัตราการผลาญออกซิเจนของเพนกวินจะลดลงอย่างเห็นได้ชัดที่เห็นได้จากอัตราการเต้นของหัวใจที่ลดลงเหลือเพียง 5 ครั้งต่อนาที และอวัยวะที่ไม่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต (non-essential organs) ก็จะปิดตัวลงชั่วคราวเพื่อช่วยทำให้ดำน้ำได้นานขึ้น[8] ฮีโมโกลบินและไมโยโกลบินของเพนกวินจักรพรรดิสามารถจับตัวกันในการส่งออกซิเจนได้ในสภาวะที่มีระดับความหนาแน่นของเลือดต่ำ ซึ่งทำให้สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ในบรรยากาศทีออกซิเจนมีระดับต่ำที่ปกติซึ่งตามปกติแล้วจะมีผลทำให้หมดสติ[26]