Если бы мы оказались на планете из другой звёздной системы, было бы нам на ней так же удобно передвигаться, как на Земле? Актёры в научно-фантастических фильмах обычно без видимого труда ходят по поверхности отдалённых планет, не совершая больших прыжков или рывков. Это было бы правдоподобно, если бы все экзопланеты имели на поверхности силу гравитации, близкую к земной, то есть тела на них испытывали бы ускорение свободного падения не сильно отличающееся от g = 9,8 м/с².
Ускорение, которое телам на поверхности планеты придаёт сила гравитации, зависит от массы M и радиуса R этой планеты в соответствии с простой формулой: a = GM/R², в которой G — универсальная гравитационная постоянная. Поэтому можно ожидать, что планеты, масса и размеры которых отличаются от земных, будут иметь совсем другие значения g на поверхности.
И это действительно так, например, на Луне, ускорение свободного падения на которой приблизительно равно g/6. Именно по этой причине астронавты в документальных фильмах, снятых на Луне, так смешно перемещаются. Если бы сценарии фильмов точнее учитывали законы физики, не должны ли были бы мы тогда видеть подобные эффекты и на выдуманных планетах, таких как Татуин или Альдераан из «Звездных войн»?
Удивительно, но похоже, что нет. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Astrobiology, показало, что, несмотря на очевидные различия в массе и размере, значительное число обнаруженных на данный момент внесолнечных планет имеет поверхностную гравитацию очень близкую к земной.
Для проведения своего исследования учёные использовали базу данных exoplanets.org и оценили силу гравитации на поверхности тех экзопланет, масса и радиус которых уже известны (в общей сложности в исследование вошли около 1200 из 3500 обнаруженных экзопланет). Ниже показан график, на котором отложена зависимость ускорения свободного падения на поверхности планеты (в единицах g) от её массы (в единицах массы Земли) в логарифмическом масштабе. И на нём хорошо видны три области.
Во-первых, сила гравитации малых тел Солнечной системы и скалистых планет меньше Венеры растёт как квадратный корень из их массы. Во-вторых, в случае газообразных гигантских экзопланет, сила гравитации на поверхности растёт с увеличением массы линейно. И, наконец, самое удивительное: в переходной зоне (от 1 до 100 земных масс) мы видим «плато», на котором все экзопланеты имеют ускорение свободного падения примерно такое же, как Земля.
По мнению авторов, современные модели образования планет не могут объяснить это наблюдение, хотя и предсказывают медленное изменение показателя степени этой зависимости при переходе от каменистых планет к газовым гигантам.
