Wenn es einen bewohnbaren Planeten geben sollte, ähnlich der Erde, aber mit unterschiedlicher Schwerkraft an verschiedenen Punkten seiner Oberfläche - nehmen wir an, dass sie zwischen 0,8 g und 1,2 g variiert -, welche Art von Gelände oder Form wäre dafür erforderlich existieren? Es müsste immer noch eine große Menge an flüssigem Wasser vorhanden sein, sodass ein sehr hohes Gebirge mechanisch nicht unter seinem eigenen Gewicht fallen müsste (und idealerweise auch in solchen Höhen eine atembare Atmosphäre haben müsste). Es könnte sich viel schneller um seine Achse drehen und eine Art Zentrifugalkraft haben, die die Schwerkraft in der Nähe des Äquators verringern, aber auch jede Art von Tag / Nacht-Zyklus und möglicherweise auch die Atmosphäre durcheinander bringen würde. Gibt es Alternativen? eine Art seltsame, aber machbare Planetengeometrie? ein großer Mond, der abhängig davon die Schwerkraft auf der Oberfläche des Planeten verringern kann.
TL/DR: Sich schneller zu drehen ist wahrscheinlich der beste Weg. (Und so viel braucht man sowieso nicht.)
Der Grund, warum die meisten tatsächlichen Planeten kugelförmig sind (oder fast kugelförmig, wenn äußere Kräfte die innere Schwerkraft stören - wie es in den meisten der folgenden Beispiele der Fall sein wird), liegt darin, dass ein so großer Druck bedeutet, dass sie sich fast wie ein Flüssigkeitstropfen verhalten. Dies wird als hydrostatisches Gleichgewicht bezeichnet und ist ziemlich erforderlich, damit ein Planet überhaupt eine Schwerkraft von 0,8 g hat.
Wenn Ihr Planet nicht kugelförmig ist, wie z. B. Jinx (was das zu sein scheint, wonach Sie suchen), kann die Oberflächengravitation stark variieren. aber es ist fraglich, ob ein solcher Planet in der Lage sein wird, in einer solchen Form zu bleiben , ohne in die Nähe der Kugelform zurückzukehren. (Felsen sind möglicherweise nicht steif genug.)
Wenn Sie bereit sind, mit ein wenig Handwinken umzugehen, kopieren Sie einfach die Jinx-Situation. Niven hat versucht, die zugrunde liegende Physik so realistisch wie möglich zu halten, also ist wirklich nur der Teil "Felsen sind möglicherweise nicht starr genug", der ein Problem darstellt. (Und es wird in jedem ähnlichen Fall von "seltsamer Planetengeometrie" ein Problem sein. Zumindest fällt Jinx definitiv unter den "machbaren" Teil.)
Es scheint jedoch, dass Felsen nicht starr genug sind (und es gibt ein anderes Problem, das ich werde ich im nächsten Abschnitt erklären); In diesem Fall müssen wir andere Möglichkeiten in Betracht ziehen - von denen Sie einige bereits erwähnt haben ...
Seltsame Planetengeometrie
Für den Anfang (das passt nicht wirklich in den vorherigen Abschnitt), ein bisschen über seltsame Planetengeometrie. Wie oben erwähnt, befindet sich ein Jinx-förmiger (oder anderweitig seltsam geformter) Planet nicht im hydrostatischen Gleichgewicht (für seine aktuelle Position). Mit anderen Worten, es muss starr genug sein, um sich nicht wie ein Flüssigkeitstropfen zu verhalten.
Seine Atmosphäre (falls vorhanden) ist jedoch nicht starr und verhält sich im Grunde wie eine Flüssigkeit. Mit anderen Worten, es wird zu den "unteren" Teilen (denen mit der höheren Schwerkraft) fließen und im Grunde von den Orten mit der geringeren Schwerkraft verschwinden.
Ihre seltsam geformte Welt wird also (wenn sie groß genug ist) in den Teilen mit hoher Schwerkraft eine dicke Atmosphäre und in den Teilen mit niedriger Schwerkraft fast Vakuum haben ... genau wie Jinx es tatsächlich tut. (Oder wie Ihr Beispiel für die Bergkette, das eigentlich so ziemlich dasselbe meint - nur etwas anders.)
Schneller drehen
Der offensichtliche Weg, um unterschiedliche Schwerkraft zu haben, ist, ja, schnelle Rotation. Sie brauchen eigentlich nicht so schnell, um einen großen Unterschied zu machen (zumal die relevante Kraft proportional zum Quadrat der Winkelgeschwindigkeit ist), insbesondere wenn Ihr Planet eine ausreichend geringe Dichte hat (vorerst schneide ich die Formeln so aus erklären, warum ich speziell von Dichte spreche); aber wenn ein Planet eine geringe Dichte hat, muss er entweder riesig sein oder eine geringe Schwerkraft haben. Und irgendwann wird es nur noch ein Gasriese sein.
(Tatsächlich beträgt die Oberflächengravitation von Saturn 0,91 g am Äquator und 1,23 g an den Polen . Aber Sie möchten wahrscheinlich nicht, dass Ihre Welt Saturn besonders ähnlich ist.)
Dann (dank der anderen Antwort, die mich daran erinnert hat) gibt es den Effekt, den eine schnelle Rotation für die atmosphärische Zirkulation bedeuten würde ... keine Ahnung, was das wäre, um ehrlich zu sein. (Wahrscheinlich nicht viel für vernünftige Werte von "schnell".) Die einzigen Seiten, die ich diesbezüglich finden konnte, sprechen nur über erdgroße Planeten (keine größeren) und - vielleicht noch bedeutsamer - Planeten, die ziemlich nahe an ihrem Stern liegen und bei empfangen mindestens so viel Wärme wie die Erde oder mehr (als ob dies die einzig mögliche Position wäre).
Aber es ist sicherlich die bisher beste Möglichkeit.
Großer Mond
Ein großer Mond kann die Schwerkraft darunter tatsächlich ein wenig verringern. Dies wird als Gezeitenkraft bezeichnet und ist für die Planetenoberfläche sehr unangenehm, wenn der Planet nicht durch Gezeiten mit dem Mond verbunden ist (dh der Mond bleibt nicht immer über derselben Stelle). (Stellen Sie sich normale Gezeiten um einen Faktor von mehreren tausend vergrößert vor - es müssten sogar noch mehr als mehrere tausend sein, um so große Unterschiede zu erhalten, wie Sie sprechen - und Sie werden wahrscheinlich verstehen, warum. Siehe auch Gezeitenheizung . )
Für die Kräfte, über die wir sprechen, brauchen wir wirklich, dass der "Mond" größer als der Planet ist, mit anderen Worten, dass der Planet selbst ein Mond eines größeren Planeten (z. B. eines Gasriesen) ist. In diesem Fall ist eine Gezeitensperre ziemlich wahrscheinlich, was bedeutet, dass die Gravitationsunterschiede bestehen bleiben, während die Probleme mit extragroßen Gezeiten, die sich über den Planeten bewegen, nicht auftreten (solange die Umlaufbahn kreisförmig genug ist); Trotzdem sind die Gravitationsunterschiede winzig ( dieser Artikel scheint zu sagen, dass sie für Io, einen ziemlich nahen Jupitermond, in der Größenordnung von 0,001 g oder weniger liegen würden).
Und wenn wir versuchen, den Planeten näher an seinen "Mond" zu bringen, damit die Unterschiede größer werden, werden schließlich dieselben Unterschiede ausreichen, um den Planeten auseinander zu ziehen; dies wird als Roche-Grenze bezeichnet. (Jinx muss ihm sehr nahe gewesen sein, als er sich gebildet hat; ich bin mir nicht sicher, ob er sich außerhalb der Grenze so hätte bilden können, wie er beschrieben wird.)
Massenkonzentrationen
Es ist natürlich sehr gut möglich, nur einige große Massenkonzentrationen (Mascons) zu haben, das heißt große Stücke dichteren Gesteins (oder Metalls) nahe der Oberfläche. (Darum geht es in der anderen Antwort.)
Sie wirken sich jedoch nicht zu stark auf die Schwerkraft aus, da die Kruste nicht halten kann, wenn sie zu dick sind (etwas mehr als 10 km unter der Erdgravitation). ihr Gewicht, und sie werden einfach in den Mantel rutschen.
(Wie ziemlich leicht zu sehen ist, wird die Wirkung einer 10-km-Massenkonzentration nur ein bisschen höher sein als die Schwerkraft eines 10-km-Asteroiden – also winzig. Ein Beispiel für eine 10-km-Massenkonzentration ist Mauna Kea. )
Wenn ein Planet besonders starr ist, könnte es im Prinzip (siehe wieder Jinx) möglich sein, dass eine Massenkonzentration größer ist. Aber Sie bräuchten etwas, das fast so groß ist wie der Mond, um einen so großen Unterschied zu erzielen, und es ist sehr unwahrscheinlich, dass ein solches Objekt aufgrund des bloßen Drucks, den es auf sich selbst ausübt, nicht in den Kern rutscht (dies ist das „nicht unter seinen fallen Eigengewicht" Teil Ihres Gebirgsarguments).
Fazit
Wie wir gesehen haben, erscheinen alle der oben genannten Methoden mit Ausnahme der schnellen Rotation (schnelleres Drehen) nicht besonders wahrscheinlich (um das zu produzieren, was Sie brauchen, ohne ernsthafte problematische Nebenwirkungen).
Also ja, um einen realistischen Planeten mit einer vollständig bedeckenden Atmosphäre zu haben, der in verschiedenen Teilen eine deutlich unterschiedliche Schwerkraft aufweist, müssen Sie einer viel kürzeren Rotationsperiode und damit einem Tag / Nacht-Zyklus zustimmen. (Nicht so kürzer - etwa 8-12 Stunden.) Und geringere Dichte. Und da die Dichte geringer ist, machen Sie den Planeten etwas größer, um eine anständige Schwerkraft zu haben.
Mit anderen Worten, etwas, das Planetocopias Lyr nicht unähnlich ist .
Die Schwerkraft von Lyr beträgt 1,4 g an den Polen und 1,23 g am Äquator - nicht so viel Unterschied, wie Sie möchten, und der Durchschnitt ist etwas zu hoch (aber dann ist Lyr 7-mal schwerer als die Erde), aber das ist ungefähr das am weitesten entwickelten Planeten, die ich überall finden konnte. (Andere Beispiele für große Planeten mit geringer Dichte in der Science-Fiction sind Diomedes und Majipoor. Ich konnte auch keine detaillierten Gravitationszahlen finden.) Sie möchten also vielleicht einen Planeten, der etwas kleiner als Lyr ist (obwohl Sie dann erklären müssten, warum er mit so geringer Dichte entstanden ist) und sich etwas schneller dreht. Wenn Ihr Planet eine Masse hat, die 3-4 mal so groß ist wie die der Erde (mit der gleichen Dichte wie Lyr oder sogar etwas weniger dicht) und eine Rotationsperiode von 8-10 Stunden (im Vergleich zu 12 für Lyr), haben Sie eine Situation das ist fast genau das, was Sie im OP beschrieben haben. (Das heißt, wenn die Mathematik für Lyr offensichtlich korrekt ist. Ich hatte es nicht noch einmal überprüft.)
(Aber der Tag-Nacht-Zyklus wäre 2,5-3 mal kürzer als der der Erde. Tut mir leid. Außerdem wird es relativ wenige Metalle haben - was gut zu wissen ist, wenn Sie die Welt weiter beschreiben würden.)
Auf der Erde gibt es bereits lokale Schwankungen in der Schwerkraft, natürlich in einer viel geringeren Größenordnung als das, was Sie andeuten.
Zentrifugalkraft:
Dies kann nicht wirklich so viel Wirkung haben, wie Sie vermuten. Für eine beträchtliche effektive Kraft (etwa 0,1 g Unterschied) müsste sich der Planet tatsächlich sehr schnell drehen, was sich nachteilig auf die Wettermuster auswirken würde. Böen von mehreren hundert Stundenkilometern wären die normale Art von Wind auf einem solchen Planeten in Äquatornähe. Es ist unwahrscheinlich, dass ein großer Mond etwas im Kleinen besonders stark beeinflusst.
Was verursacht es also auf der Erde?
Im wirklichen Leben gibt es einen sehr kleinen Effekt der Zentrifugalkraft, aber ein weiterer Beitrag kann über großen Mineralvorkommen gefunden werden. Ein Planet mit Landschaften mit riesigen, fast festen Ablagerungen mit einem starken Gravitationsunterschied, den Sie erwähnen. Jedes Element dieser Dichte ist jedoch mit ziemlicher Sicherheit bis zu einem gewissen Grad radioaktiv, also bedenken Sie das. Beachten Sie natürlich auch, dass der Meeresspiegel durch eine solche Ablagerung verzerrt würde, so dass „Hügel“ aus Wasser über Unterwasserablagerungen gefunden werden könnten.
Auch die Höhe kann einen kleinen Effekt haben. Höher gelegene Referenzrahmen können eine geringere effektive Schwerkraft messen, und solche Effekte müssen bei der Verwendung empfindlicher Seismometerinstrumente berücksichtigt werden
Quelle(n):
https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_of_Earth#Local_topography_and_geology http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50838/abstract
Lacklub
Howard Miller
Januar 1. Mai