Внутреннее отопление
 |
Внутреннее тепло является источником тепла изнутри небесных объектов , таких как звезды , коричневые карлики , планеты , луны , карликовые планеты и (в ранней истории Солнечной системы ) даже астероидов , таких как Веста , в результате сжатия, вызванного гравитацией. ( механизм Кельвина-Гельмгольца ), ядерный синтез , приливной нагрев , затвердевание ядра ( тепло синтеза , выделяющееся при затвердевании расплавленного материала ядра) и радиоактивный распад . Величина внутреннего нагрева зависит от массы ; чем массивнее объект, тем больше у него внутреннего тепла; кроме того, для данной плотности, чем массивнее объект, тем больше отношение массы к площади поверхности и, следовательно, тем больше сохраняется внутреннее тепло. Внутренний нагрев сохраняет небесные объекты теплыми и активными.
Маленькие небесные объекты
[ редактировать ]В ранней истории Солнечной системы радиоактивные изотопы с периодом полураспада порядка нескольких миллионов лет (такие как алюминий-26 и железо-60 ) были в достаточном количестве, чтобы выделять достаточно тепла, чтобы вызвать внутреннее плавление некоторых спутников и даже некоторые астероиды, такие как упомянутая выше Веста. После того, как эти радиоактивные изотопы распались до незначительных уровней, тепла, выделяемого долгоживущими радиоактивными изотопами (такими как калий-40 , торий-232 , уран-235 и уран-238 ), было недостаточно для поддержания этих тел в расплавленном состоянии, если только они не имели альтернативный источник внутреннего отопления, например, приливное отопление. Земли Таким образом, Луна , не имеющая альтернативного источника внутреннего нагрева, в настоящее время геологически мертва, в то время как такая маленькая луна, как Энцелад, которая имеет достаточный приливный нагрев (или, по крайней мере, имел его в последнее время) и некоторое оставшееся радиоактивное нагревание, способна поддерживать активный и непосредственно обнаруживаемый криовулканизм .
Планеты
[ редактировать ]Планеты земной группы
[ редактировать ]Внутреннее нагревание планет земной группы приводит к тектонической и вулканической активности. Из планет земной группы Солнечной системы Земля обладает наибольшим внутренним нагревом, поскольку она самая большая. Меркурий и Марс не имеют постоянных видимых поверхностных эффектов внутреннего нагрева, поскольку их масса составляет всего 5 и 11% массы Земли соответственно; они почти «геологически мертвы» (однако см. Магнитное поле Меркурия и Геологическую историю Марса ). Земля, будучи более массивной, имеет достаточно большое соотношение массы к площади поверхности, чтобы ее внутренний нагрев вызывал тектонику плит и вулканизм .
Гигантские планеты
[ редактировать ]Планеты -гиганты имеют гораздо больший внутренний нагрев, чем планеты земной группы, из-за их большей массы и большей сжимаемости, что позволяет получить больше энергии за счет гравитационного сжатия. Юпитер , самая массивная планета Солнечной системы, имеет наибольший внутренний нагрев: температура ядра оценивается в 36 000 К. На внешних планетах Солнечной системы внутреннее нагревание обеспечивает погоду и ветер , а не солнечный свет , который обеспечивает погоду в течение длительного времени. планеты земной группы. Внутренний нагрев внутри планет-гигантов повышает температуру выше эффективной температуры , как в случае с Юпитером, это делает ее на 40 К теплее заданной эффективной температуры. Считается, что сочетание внешнего и внутреннего нагрева (который может представлять собой комбинацию приливного нагрева и электромагнитного нагрева) превращает планеты-гиганты, вращающиеся очень близко к своим звездам ( горячие Юпитеры ), в « пухлые планеты » (внешний нагрев не считается само по себе достаточно).
Коричневые карлики
[ редактировать ]У коричневых карликов внутренний нагрев выше, чем у газовых гигантов, но не так сильно, как у звезд. Внутренний нагрев внутри коричневых карликов (первоначально вызванный гравитационным сжатием) достаточно велик, чтобы воспламенить и поддержать синтез дейтерия с водородом в гелий ; для крупнейших коричневых карликов этого также достаточно, чтобы зажечь и поддержать синтез лития с водородом, но не синтез водорода с самим собой. Как и газовые гиганты, коричневые карлики могут управлять погодой и ветром за счет внутреннего нагрева. Коричневые карлики — это субзвездные объекты, недостаточно массивные, 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 от 75 до 80 масс Юпитера (МДж). Считается, что коричневые карлики с массой более 13 МДж сжигают дейтерий, а карлики с массой более ~65 МДж также плавят литий.
Звезды
[ редактировать ]Внутренний нагрев внутри звезд настолько велик, что (после начальной фазы гравитационного сжатия) они воспламеняются и поддерживают термоядерную реакцию водорода (с самим собой) с образованием гелия и могут производить более тяжелые элементы (см. Звездный нуклеосинтез ). составляет Например , температура ядра Солнца 13 600 000 К. Чем массивнее и старше звезды, тем больше у них внутреннего нагрева. В конце жизненного цикла внутренний нагрев звезды резко увеличивается, что вызвано изменением состава ядра по мере расходования последовательного топлива для термоядерного синтеза и, как следствие, сжатием (сопровождаемым более быстрым расходом оставшегося топлива). В зависимости от массы звезды ядро может стать достаточно горячим для синтеза гелия (с образованием углерода и кислорода и следов более тяжелых элементов), а для достаточно массивных звезд - даже больших количеств более тяжелых элементов. Термоядерный синтез с целью производства элементов тяжелее железа и никеля больше не производит энергию, а поскольку ядра звезд, достаточно массивные для достижения температур, необходимых для производства этих элементов, слишком массивны, чтобы образовывать стабильные белых карликов В случае звезд- в результате коллапса ядра сверхновой образуется нейтронная звезда или черная дыра , в зависимости от массы. Тепло, образующееся в результате коллапса, задерживается внутри нейтронной звезды и выходит из нее лишь медленно из-за небольшой площади поверхности; тепло вообще не может быть проведено из черной дыры (впрочем, см. Излучение Хокинга ).