Внутреннее тепло — это источник тепла изнутри небесных объектов , таких как звезды , коричневые карлики , планеты , луны , карликовые планеты и (в ранней истории Солнечной системы ) даже астероиды , такие как Веста , в результате сжатия, вызванного гравитацией ( механизм Кельвина-Гельмгольца ), ядерного синтеза , приливного нагрева , затвердевания ядра ( тепло синтеза, выделяющееся при затвердевании расплавленного материала ядра) и радиоактивного распада . Количество внутреннего нагрева зависит от массы ; чем массивнее объект, тем больше у него внутреннего тепла; также, при заданной плотности, чем массивнее объект, тем больше отношение массы к площади поверхности, и, таким образом, тем больше сохранение внутреннего тепла. Внутреннее нагревание сохраняет небесные объекты теплыми и активными.
В ранней истории Солнечной системы радиоактивные изотопы с периодом полураспада порядка нескольких миллионов лет (такие как алюминий-26 и железо-60 ) были достаточно распространены, чтобы произвести достаточно тепла, чтобы вызвать внутреннее плавление некоторых лун и даже некоторых астероидов, таких как Веста, упомянутая выше. После того, как эти радиоактивные изотопы распались до незначительных уровней, тепла, вырабатываемого более долгоживущими радиоактивными изотопами (такими как калий-40 , торий-232 , уран-235 и уран-238 ), было недостаточно, чтобы поддерживать эти тела в расплавленном состоянии, если только у них не было альтернативного источника внутреннего нагрева, такого как приливный нагрев. Таким образом, Луна Земли , у которой нет альтернативного источника внутреннего нагрева, теперь геологически мертва, тогда как такая маленькая луна, как Энцелад , имеющая достаточный приливной нагрев (или, по крайней мере, имевшая его недавно) и некоторое остаточное радиоактивное нагревание, способна поддерживать активный и непосредственно обнаруживаемый криовулканизм .
Внутренний нагрев планет земной группы питает тектоническую и вулканическую активность. Из планет земной группы в Солнечной системе Земля имеет наибольший внутренний нагрев, поскольку она самая большая. Меркурий и Марс не имеют постоянных видимых поверхностных эффектов внутреннего нагрева, поскольку они составляют всего 5 и 11% массы Земли соответственно; они почти «геологически мертвы» (однако, см. Магнитное поле Меркурия и Геологическая история Марса ). Земля, будучи более массивной, имеет достаточно большое отношение массы к площади поверхности для того, чтобы ее внутренний нагрев мог управлять тектоникой плит и вулканизмом .
Планеты -гиганты имеют гораздо больший внутренний нагрев, чем планеты земной группы, из-за их большей массы и большей сжимаемости, что делает больше энергии доступной из гравитационного сжатия. Юпитер , самая массивная планета в Солнечной системе, имеет самый большой внутренний нагрев, с температурой ядра, оцениваемой в 36 000 К. Для внешних планет Солнечной системы внутренний нагрев питает погоду и ветер вместо солнечного света , который питает погоду для планет земной группы. Внутренний нагрев внутри планет-гигантов повышает температуру выше эффективной температуры , как в случае Юпитера, это делает его на 40 К теплее, чем заданная эффективная температура. Считается, что сочетание внешнего и внутреннего нагрева (которое может быть комбинацией приливного нагрева и электромагнитного нагрева) превращает планеты-гиганты, которые вращаются очень близко к своим звездам ( горячие Юпитеры ), в « пухлые планеты » (внешний нагрев сам по себе не считается достаточным).
Коричневые карлики имеют больший внутренний нагрев, чем газовые гиганты, но не такой большой, как звезды. Внутренний нагрев внутри коричневых карликов (первоначально создаваемый гравитационным сжатием) достаточно велик, чтобы зажечь и поддерживать синтез дейтерия с водородом в гелий ; для самых больших коричневых карликов его также достаточно, чтобы зажечь и поддерживать синтез лития с водородом, но не синтез водорода с самим собой. Как и газовые гиганты, коричневые карлики могут иметь погоду и ветер, питаемые внутренним нагревом. Коричневые карлики являются субзвездными объектами, недостаточно массивными, чтобы поддерживать реакции синтеза водорода-1 в своих ядрах, в отличие от звезд главной последовательности. Коричневые карлики занимают диапазон масс между самыми тяжелыми газовыми гигантами и самыми легкими звездами, с верхним пределом около 75-80 масс Юпитера (МДж). Предполагается, что коричневые карлики тяжелее 13 МДж синтезируют дейтерий, а тяжелее ~65 МДж — еще и литий.
Внутренний нагрев внутри звезд настолько велик, что (после начальной фазы гравитационного сжатия) они воспламеняются и поддерживают термоядерную реакцию водорода (самого с собой), образуя гелий , и могут производить более тяжелые элементы (см. Звездный нуклеосинтез ). Например, температура ядра Солнца составляет 13 600 000 К. Чем массивнее и старше звезды, тем больше у них внутреннего нагрева. В конце жизненного цикла внутренний нагрев звезды резко возрастает, что вызвано изменением состава ядра по мере последовательного потребления топлива для синтеза и результирующим сжатием (сопровождающимся более быстрым потреблением оставшегося топлива). В зависимости от массы звезды ядро может стать достаточно горячим, чтобы синтезировать гелий (образуя углерод и кислород и следы более тяжелых элементов), а для достаточно массивных звезд даже большие количества более тяжелых элементов. Синтез для производства элементов тяжелее железа и никеля больше не производит энергию, и поскольку ядра звезд, достаточно массивные для достижения температур, необходимых для производства этих элементов, слишком массивны для образования стабильных звезд- белых карликов , происходит коллапс ядра сверхновой , производящий нейтронную звезду или черную дыру , в зависимости от массы. Тепло, выделяемое при коллапсе, удерживается внутри нейтронной звезды и выходит очень медленно из-за малой площади поверхности; тепло вообще не может быть выведено из черной дыры (однако см. излучение Хокинга ).