Chauffage interne - Internal heating
La chaleur interne est la source de chaleur de l'intérieur des objets célestes , tels que les étoiles , les naines brunes , les planètes , les lunes , les planètes naines et (au début de l'histoire du système solaire ) même les astéroïdes tels que Vesta , résultant de la contraction causée par la gravité (le mécanisme Kelvin – Helmholtz ), la fusion nucléaire , le réchauffement des marées , la solidification du noyau ( chaleur de fusion libérée lorsque le matériau du noyau fondu se solidifie) et la désintégration radioactive . La quantité de chauffage interne dépend de la masse ; plus l'objet est massif, plus il a de chaleur interne; aussi, pour une densité donnée, plus l'objet est massif, plus le rapport masse / surface est grand, et donc plus la rétention de chaleur interne est importante. Le chauffage interne garde les objets célestes chauds et actifs.
Petits objets célestes
Au début de l'histoire du système solaire, les isotopes radioactifs ayant une demi-vie de l'ordre de quelques millions d'années (comme l' aluminium 26 et le fer 60 ) étaient suffisamment abondants pour produire suffisamment de chaleur pour provoquer la fusion interne de certaines lunes et même certains astéroïdes, comme Vesta mentionné ci-dessus. Après que ces isotopes radioactifs se soient désintégrés à des niveaux insignifiants, la chaleur générée par les isotopes radioactifs à vie plus longue (comme le potassium-40 , le thorium-232 , l' uranium-235 et l'uranium-238 ) était insuffisante pour maintenir ces corps en fusion à moins qu'ils n'aient un source alternative de chauffage interne, comme le chauffage par marée. Ainsi, la Lune de la Terre , qui n'a pas de source alternative de chauffage interne est maintenant géologiquement morte, tandis qu'une lune aussi petite qu'Encelade qui a un chauffage de marée suffisant (ou du moins l'avait récemment) et un peu de chauffage radioactif restant, est capable de maintenir un et cryovolcanisme directement détectable .
Planètes
Planètes terrestres
Le chauffage interne des planètes terrestres alimente les activités tectoniques et volcaniques . Parmi les planètes terrestres du système solaire, la Terre a le plus de chauffage interne car elle est la plus massive. Mercure et Mars n'ont aucun effet de surface visible permanent du chauffage interne, car ils ne représentent respectivement que 5 et 11% de la masse de la Terre; ils sont presque «géologiquement morts» (cependant, voir le champ magnétique de Mercure et l' histoire géologique de Mars ). La Terre, étant plus massive, a un rapport masse / surface suffisamment élevé pour que son chauffage interne entraîne la tectonique des plaques et le volcanisme .
Géantes gazeuses
Les géantes gazeuses ont un chauffage interne beaucoup plus important que les planètes terrestres, en raison de leur plus grande masse et de leur plus grande compressibilité, ce qui rend plus d'énergie disponible à partir de la contraction gravitationnelle. Jupiter , la planète la plus massive du système solaire, a le plus de chauffage interne, avec une température centrale estimée à 36000 K.Pour les planètes extérieures du système solaire, le chauffage interne alimente le temps et le vent au lieu de la lumière du soleil qui alimente le temps pour planètes terrestres. Le chauffage interne des planètes géantes gazeuses élève les températures plus élevées que les températures effectives , comme dans le cas de Jupiter, cela rend 40 K plus chaud que la température effective donnée. On pense qu'une combinaison de chauffage externe et interne (qui peut être une combinaison de chauffage de marée et de chauffage électromagnétique) transforme les planètes géantes qui orbitent très près de leurs étoiles ( Jupiters chauds ) en " planètes gonflées " (le chauffage externe n'est pas considéré comme suffisant à lui seul).
Naines brunes
Les naines brunes ont un chauffage interne plus important que les géantes gazeuses mais pas aussi grandes que les étoiles. L'échauffement interne des naines brunes (initialement généré par la contraction gravitationnelle) est suffisamment important pour enflammer et entretenir la fusion du deutérium avec l' hydrogène en hélium ; pour les plus grosses naines brunes, il suffit aussi d'enflammer et de soutenir la fusion du lithium avec l'hydrogène, mais pas la fusion de l'hydrogène avec lui-même. Comme les géantes gazeuses, les naines brunes peuvent être alimentées par le temps et le vent grâce au chauffage interne. Les naines brunes sont des objets sous-cellulaires pas assez massifs pour soutenir les réactions de fusion hydrogène-1 dans leur noyau, contrairement aux étoiles de la séquence principale. Les naines brunes occupent la gamme de masse entre les géantes gazeuses les plus lourdes et les étoiles les plus légères, avec une limite supérieure d'environ 75 à 80 masses de Jupiter (MJ). On pense que les naines brunes plus lourdes qu'environ 13 MJ fusionnent le deutérium et celles supérieures à ~ 65 MJ fusionnent également le lithium.
Étoiles
Le chauffage interne des étoiles est si important que (après une phase initiale de contraction gravitationnelle) ils s'enflamment et entretiennent la réaction thermonucléaire de l'hydrogène (avec lui-même) pour former de l' hélium , et peuvent fabriquer des éléments plus lourds (voir Nucléosynthèse stellaire ). Le Soleil, par exemple, a une température centrale de 13 600 000 K. Plus les étoiles sont massives et âgées, plus elles ont de chauffage interne. Au cours de la fin de son cycle de vie, l'échauffement interne d'une étoile augmente considérablement, provoqué par le changement de composition du cœur au fur et à mesure de la consommation de combustibles successifs pour la fusion, et la contraction qui en résulte (accompagnée d'une consommation plus rapide du carburant restant). Selon la masse de l'étoile, le noyau peut devenir suffisamment chaud pour fusionner l'hélium (formant du carbone et de l' oxygène et des traces d'éléments plus lourds), et pour des étoiles suffisamment massives, même de grandes quantités d'éléments plus lourds. La fusion pour produire des éléments plus lourds que le fer et le nickel ne produit plus d'énergie, et comme les noyaux stellaires suffisamment massifs pour atteindre les températures requises pour produire ces éléments sont trop massifs pour former des étoiles naines blanches stables , il en résulte une supernova d'effondrement du noyau , produisant une étoile à neutrons ou un trou noir , selon la masse. La chaleur générée par l'effondrement est piégée dans une étoile à neutrons et ne s'échappe que lentement, en raison de la petite surface; la chaleur ne peut pas du tout être conduite hors d'un trou noir (cependant, voir le rayonnement de Hawking ).