Как бы выглядел мир с неравномерной гравитацией?

TL/DR: вращение быстрее, вероятно, лучший способ. (И в любом случае вам не нужно так много.)

Причина, по которой большинство настоящих планет имеют сферическую форму (или почти сферическую, когда внешние силы возмущают внутреннюю гравитацию — как это будет в большинстве приведенных ниже примеров), заключается в том, что такое огромное давление означает, что они ведут себя почти как капли жидкости. Это называется гидростатическим равновесием , и в первую очередь требуется, чтобы планета имела гравитацию до 0,8 g.
Если ваша планета не сферическая, такая как Джинкс (кажется, это то, что вы ищете), гравитация на поверхности может сильно различаться; но спорно, сможет ли такая планета оставаться в такой форме, не возвращаясь к почти сферичности. (Камни могут быть недостаточно жесткими.)
Если вы готовы немного помахать руками, просто скопируйте ситуацию с Джинкс. Нивен пытался сохранить основную физику как можно более реалистичной, поэтому на самом деле проблема заключается только в том, что «камни могут быть недостаточно жесткими». (И это будет проблемой в любом подобном случае «странной планетной геометрии». По крайней мере, Джинкс определенно подпадает под «выполнимую» часть.)
Однако оказывается , что камни недостаточно жесткие (и есть еще одна проблема, которую я объясню в следующем разделе); в этом случае мы вынуждены рассмотреть другие возможности, некоторые из которых вы уже упомянули...

Странная геометрия планеты

Для начала (это не вписывается в предыдущий раздел), немного о странной геометрии планет. Как упоминалось выше, планета в форме Джинкса (или другой странной формы) не будет находиться в гидростатическом равновесии (для ее текущего положения). Другими словами, он должен быть достаточно жестким, чтобы не вести себя как капля жидкости.
Однако его атмосфера (если она есть) не будет жесткой и в основном будет вести себя как жидкость. Другими словами, она будет стекать в «нижние» части (с большей гравитацией), а в местах с меньшей гравитацией практически исчезнет.
Таким образом, ваш мир странной формы (если он достаточно велик) будет иметь плотную атмосферу в частях с высокой гравитацией и почти вакуум в частях с низкой гравитацией... как, собственно, и Джинкс. (Или как пример с горным хребтом, который на самом деле говорит об одном и том же, только немного по-другому.)

Вращение быстрее

Очевидный способ получить разную гравитацию — да, быстрое вращение. На самом деле вам не нужно такое быстрое значение, чтобы иметь большое значение (тем более, что соответствующая сила пропорциональна квадрату угловой скорости), особенно если ваша планета имеет достаточно низкую плотность (пока что я урежу формулы , которые поясните, почему я говорю именно о плотности); но если у планеты низкая плотность, она должна быть либо огромной, либо иметь низкую гравитацию. И в какой-то момент это будет просто газовый гигант.
(Действительно, поверхностная гравитация Сатурна составляет 0,91 г на экваторе и 1,23 г на полюсах . Но вы, вероятно, не хотели бы, чтобы ваш мир был особенно похож на Сатурн.)
Затем (спасибо другому ответу за то, что напомнил мне об этом) есть эффект, который быстрое вращение будет означать для атмосферной циркуляции ... честно говоря, понятия не имею, что это будет. (Возможно, не так уж много для разумных значений «быстро».) Единственные страницы, которые я смог найти об этом, говорят только о планетах размером с Землю (не больше) и, что, возможно, более важно, о планетах, довольно близких к своей звезде, которые получают на как минимум столько же тепла, сколько Земля, или даже больше (как если бы это было единственно возможное положение).
Но это, безусловно, лучшая возможность на данный момент.

Большая луна

Большая луна действительно может немного уменьшить гравитацию под ней. Это называется приливной силой , и если планета не находится в приливной связи с Луной (т.е. Луна не всегда остается над одним и тем же местом), поверхность планеты будет очень неприятной. (Просто представьте себе регулярные приливы, увеличенные в несколько тысяч раз — на самом деле их должно быть даже больше, чем несколько тысяч, чтобы получить такие большие различия, о которых вы говорите, — и вы, вероятно, поймете, почему. См. также приливный нагрев . )
Для сил, о которых мы говорим, нам действительно нужно, чтобы «луна» была больше планеты, другими словами, чтобы сама планета была луной более крупной планеты (например, газового гиганта). В этом случае весьма вероятно приливное запирание, а это означает, что гравитационные различия сохраняются, а проблемы со сверхогромными приливами, движущимися по планете, - нет (пока орбита достаточно круглая); но даже в этом случае гравитационные различия крошечные ( в этой статье , кажется, говорится, что они будут порядка 0,001 г или меньше для Ио, довольно близкого спутника Юпитера).
И если мы попытаемся приблизить планету к ее «луне», чтобы различия были выше, в конце концов этих самых различий будет достаточно, чтобы разорвать планету; это называется пределом Роша. (Джинкс, должно быть, был очень близок к нему, когда он сформировался; я не уверен, что он мог сформироваться так, как его описывают, находясь за пределами предела, на самом деле.)

Массовые концентрации

Конечно, вполне возможно просто иметь большие массовые концентрации (масконы), то есть большие куски более плотной породы (или металла) у поверхности. (Это то, о чем говорит другой ответ.)
Однако они не будут слишком сильно влиять на гравитацию, потому что, если они будут слишком толстыми (чуть более 10 км при земном притяжении), кора не сможет удержаться. их вес, и они просто соскользнут в мантию.
(Как нетрудно заметить, эффект концентрации массы в 10 км будет лишь немного выше, чем гравитация астероида в 10 км, то есть крошечного. Примером концентрации массы в 10 км является Мауна-Кеа. )
В принципе (см. снова Джинкс), если планета особенно жесткая, концентрация массы может быть больше. Но вам нужно что-то размером почти с Луну, чтобы получить такую ​​большую разницу, и очень маловероятно, что такой объект не соскользнет в ядро ​​​​из-за давления, которое он сам на себя оказывает (это «не попасть под его влияние»). собственный вес" часть вашего аргумента горного хребта).

Заключение

Как мы видели, все вышеперечисленные методы, за исключением быстрого вращения (быстрого вращения), не кажутся особенно вероятными (чтобы произвести то, что вам нужно, без серьезных проблематичных побочных эффектов).
Так что да, чтобы иметь реалистичную планету с полностью покрывающей атмосферой, которая имеет значительно разную гравитацию в разных частях, вам нужно согласиться с гораздо более коротким периодом вращения и, следовательно, циклом день/ночь. (Не то, чтобы короче - около 8-12 часов.) И меньше плотность. А так как плотность ниже, сделайте планету немного больше, чтобы была приличная гравитация. Другими словами, что-то вроде Lyr
от Planetocopia .
Гравитация Лира 1,4г на полюсах и 1,23г на экваторе - не такая большая разница, как хотелось бы, и среднее значение несколько завышено (но ведь Лир в 7 раз тяжелее Земли), но это примерно самая развитая такая планета, которую я мог найти где угодно. (Другие примеры больших планет с низкой плотностью в научной фантастике включают Диомедес и Маджипур.. Я не смог найти подробных данных о гравитации ни для того, ни для другого.) Таким образом, вам может понадобиться планета, которая немного меньше, чем Лир (хотя тогда вам придется объяснить, почему она сформировалась с такой малой плотностью) и вращается немного быстрее. Если ваша планета имеет массу в 3-4 раза больше земной (с такой же плотностью, как Lyr, или даже чуть менее плотную) и период вращения 8-10 часов (по сравнению с 12 у Lyr), у вас есть ситуация это почти то, что вы описали в ОП. (То есть, если математика для Lyr верна, очевидно. Я не перепроверял.)
(Но цикл день-ночь будет в 2,5-3 раза короче, чем у Земли. Извините. Также там будет относительно мало металлов - что полезно знать, когда вы будете описывать мир дальше.)

На Земле уже существуют локальные колебания гравитации, конечно, гораздо меньшей величины, чем то, что вы предполагаете.

Центробежная сила:

Это не может иметь такого большого эффекта, как вы предполагаете. Для значительной эффективной силы (разница около 0,1 г) планета должна была бы вращаться очень быстро, что оказало бы неблагоприятное влияние на погодные условия. Порывы ветра со скоростью несколько сотен миль в час были бы нормальным видом ветра на такой планете вблизи экватора. Большая луна вряд ли могла бы особенно заметно повлиять на что-то в мелком масштабе.

Так что же вызывает его на земле?

В реальной жизни влияние центробежной силы очень незначительно, но на крупных месторождениях полезных ископаемых можно обнаружить другой вклад. Упомянутая вами планета с ландшафтами с огромными, почти сплошными отложениями большой разницы гравитации. Однако любой плотный элемент почти наверняка в какой-то степени радиоактивен, так что имейте это в виду. Также обратите внимание, конечно, что уровень моря будет искажен таким отложением, так что над подводными отложениями можно будет обнаружить «холмы» воды.

Кроме того, высота может играть небольшой эффект. Более высокие системы отсчета могут измерять более низкую эффективную гравитацию, и такие эффекты необходимо учитывать при использовании чувствительных сейсмометрических инструментов.

Источник(и):

https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_of_Earth#Local_topography_and_geology http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50838/abstract