ระบบทำความร้อนภายใน

ความร้อนภายในคือ แหล่ง ความร้อนจากภายในของวัตถุทางดาราศาสตร์เช่นดาวฤกษ์ดาวแคระน้ำตาลดาวเคราะห์ดวงจันทร์ดาวเคราะห์แคระและ (ในยุคแรกเริ่มของระบบสุริยะ ) แม้แต่ดาวเคราะห์น้อยเช่นเวสตาซึ่งเกิดจากการหดตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ( กลไกเคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์ ) ปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์ความร้อนจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์การแข็งตัวของแกนกลาง ( ความร้อนจากปฏิกิริยาฟิวชันที่ปล่อยออกมาเมื่อวัสดุแกนกลางหลอมเหลวแข็งตัว) และการสลายตัวของกัมมันตรังสีปริมาณความร้อนภายในขึ้นอยู่กับมวลยิ่งวัตถุมีมวลมากเท่าใด ก็ยิ่งมีความร้อนภายในมากเท่านั้น นอกจากนี้ สำหรับความหนาแน่นที่กำหนด ยิ่งวัตถุมีมวลมากเท่าใด อัตราส่วนของมวลต่อพื้นที่ผิวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และด้วยเหตุนี้ การกักเก็บความร้อนภายในก็จะยิ่งมากขึ้น ความร้อนภายในทำให้วัตถุทางดาราศาสตร์อบอุ่นและมีกิจกรรมอยู่เสมอ

ในช่วงต้นประวัติศาสตร์ของระบบสุริยะไอโซโทปรังสีที่มีครึ่งชีวิตประมาณไม่กี่ล้านปี (เช่นอะลูมิเนียม-26และเหล็ก-60 ) มีอยู่มากมายเพียงพอที่จะสร้างความร้อนมากพอที่จะทำให้ดวงจันทร์บางดวงและแม้แต่ดาวเคราะห์น้อยบางดวง เช่น เวสต้า ที่กล่าวถึงข้างต้น เกิดการหลอมเหลวภายใน หลังจากที่ไอโซโทปรังสีเหล่านี้สลายตัวจนเหลือน้อยมาก ความร้อนที่เกิดจากไอโซโทปรังสีที่มีอายุยืนยาวกว่า (เช่นโพแทสเซียม-40 , ธอร์เรียม-232และยูเรเนียม-235 และยูเรเนียม-238 ) ก็ไม่เพียงพอที่จะทำให้วัตถุเหล่านี้หลอมเหลวอยู่ได้ เว้นแต่จะมีแหล่งความร้อนภายในอื่น เช่น ความร้อนจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์ ดังนั้นดวงจันทร์ ของโลก ซึ่งไม่มีแหล่งความร้อนภายในอื่น จึงหยุดกิจกรรมทางธรณีวิทยาไปแล้ว ในขณะที่ดวงจันทร์ขนาดเล็กอย่างเอนเซลาดัส ที่มีความร้อนจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์เพียงพอ (หรืออย่างน้อยก็เคยมีเมื่อไม่นานมานี้) และความร้อนจากรังสีที่เหลืออยู่บ้าง ก็สามารถรักษา กิจกรรมภูเขาไฟน้ำแข็งที่ ยังคงดำเนินอยู่และตรวจจับได้โดยตรง

ความร้อนภายในของดาวเคราะห์หินเป็นพลังงานขับเคลื่อน กิจกรรม ทางธรณีวิทยาและภูเขาไฟในบรรดาดาวเคราะห์หินในระบบสุริยะโลกมีความร้อนภายในมากที่สุดเพราะมีขนาดใหญ่ที่สุดดาวพุธและดาวอังคารไม่มีผลกระทบจากความร้อนภายในที่มองเห็นได้บนพื้นผิว เนื่องจากมีมวลเพียง 5% และ 11% ของโลกตามลำดับ พวกมันจึงแทบจะ "หยุดกิจกรรมทางธรณีวิทยา" แล้ว (อย่างไรก็ตาม โปรดดูสนามแม่เหล็กของดาวพุธและประวัติทางธรณีวิทยาของดาวอังคาร ) โลกมีมวลมากกว่า จึงมีอัตราส่วนมวลต่อพื้นที่ผิวมากพอที่จะทำให้ความร้อนภายในขับเคลื่อนการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกและภูเขาไฟได้

ดาวเคราะห์ยักษ์มีอุณหภูมิภายในสูงกว่าดาวเคราะห์ภาคพื้นดินมาก เนื่องจากมีมวลมากกว่าและมีความสามารถในการบีอัดได้มากกว่า ทำให้มีพลังงานจากการหดตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมากกว่า ดาว พฤหัสบดีดาวเคราะห์ที่มีมวลมากที่สุดในระบบสุริยะ มีอุณหภูมิภายในสูงที่สุด โดยมีอุณหภูมิแกนกลางประมาณ 36,000 เคลวิน สำหรับดาวเคราะห์ชั้นนอกของระบบสุริยะ ความร้อนภายในเป็นแหล่งพลังงานที่ทำให้เกิดสภาพอากาศและลมแทนที่จะเป็นแสงอาทิตย์ที่เป็นแหล่งพลังงานของสภาพอากาศในดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน ความร้อนภายในของดาวเคราะห์ยักษ์ทำให้อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่แท้จริงเช่น ในกรณีของดาวพฤหัสบดี ทำให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่แท้จริงถึง 40 เคลวิน การรวมกันของความร้อนจากภายนอกและภายใน (ซึ่งอาจเป็นการรวมกันของความร้อนจากแรงดึงดูดและความร้อนจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) เชื่อกันว่าทำให้ดาวเคราะห์ยักษ์ที่โคจรอยู่ใกล้ดาวฤกษ์มาก ( ดาว พฤหัสบดีร้อน ) กลายเป็น " ดาวเคราะห์พอง " (ความร้อนจากภายนอกเพียงอย่างเดียวไม่น่าจะเพียงพอ)

ดาวแคระน้ำตาลมีความร้อนภายในมากกว่าดาวแก๊สยักษ์ แต่ไม่มากเท่าดาวฤกษ์ ความร้อนภายในของดาวแคระน้ำตาล (ซึ่งเกิดจากการหดตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงในตอนแรก) นั้นมากพอที่จะจุดประกายและรักษาปฏิกิริยาฟิวชันของดิวเทอ เรียม กับไฮโดรเจน ให้กลาย เป็นฮีเลียมได้ สำหรับดาวแคระน้ำตาลขนาดใหญ่ที่สุด ความร้อนนี้ยังมากพอที่จะจุดประกายและรักษาปฏิกิริยาฟิวชันของลิเธียมกับไฮโดรเจนได้ แต่ไม่สามารถจุดประกายและรักษาปฏิกิริยาฟิวชันของไฮโดรเจนกับตัวมันเองได้ เช่นเดียวกับดาวแก๊สยักษ์ ดาวแคระน้ำตาลสามารถมีสภาพอากาศและลมที่ขับเคลื่อนด้วยความร้อนภายในได้ ดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุที่มีมวลน้อยกว่าดาวฤกษ์ ซึ่งมีมวลไม่มากพอที่จะรักษาปฏิกิริยาฟิวชันของไฮโดรเจน-1 ในแกนกลางได้ ต่างจากดาวฤกษ์ในลำดับหลัก ดาวแคระน้ำตาลมีมวลอยู่ในช่วงระหว่างดาวแก๊สยักษ์ที่หนักที่สุดกับดาวฤกษ์ที่เบาที่สุด โดยมีขีดจำกัดบนอยู่ที่ประมาณ 75 ถึง 80 เท่าของมวลดาวพฤหัสบดี (MJ) เชื่อกันว่าดาวแคระน้ำตาลที่มีมวลมากกว่าประมาณ 13 เมกะจูลจะหลอมรวมดิวเทอเรียม และดาวแคระน้ำตาลที่มีมวลมากกว่าประมาณ 65 เมกะจูลจะหลอมรวมลิเธียมด้วยเช่นกัน

ความร้อนภายในดาวฤกษ์นั้นสูงมากจน (หลังจากช่วงแรกของการหดตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วง) พวกมันจะจุดประกายและรักษาปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ของไฮโดรเจน (กับตัวมันเอง) เพื่อสร้างฮีเลียมและสามารถสร้างธาตุ ที่หนักกว่าได้ (ดูการสังเคราะห์นิวเคลียสในดาวฤกษ์ ) ตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิแกนกลาง 13,600,000 เคลวิน ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากและอายุมากจะมีอุณหภูมิภายในสูงกว่า ในช่วงปลายของวงจรชีวิต ความร้อนภายในของดาวฤกษ์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของแกนกลางเนื่องจากเชื้อเพลิงสำหรับการหลอมรวมถูกใช้ไปอย่างต่อเนื่อง และการหดตัวที่เกิดขึ้น (พร้อมกับการใช้เชื้อเพลิงที่เหลืออยู่เร็วขึ้น) ขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์ แกนกลางอาจร้อนมากพอที่จะหลอมรวมฮีเลียม (สร้างคาร์บอนและออกซิเจนและธาตุที่หนักกว่าในปริมาณเล็กน้อย) และสำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลมากพอ อาจสร้างธาตุที่หนักกว่าในปริมาณมากได้ ปฏิกิริยาฟิวชันเพื่อสร้างธาตุที่หนักกว่าเหล็กและนิกเกลนั้นไม่ก่อให้เกิดพลังงานอีกต่อไป และเนื่องจากแกนกลางของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากพอที่จะมีอุณหภูมิสูงพอที่จะสร้างธาตุเหล่านี้ได้นั้นมีมวลมากเกินไปที่จะก่อตัวเป็นดาวแคระขาวที่ เสถียร จึงทำให้เกิดซูเปอร์ โนวาแบบยุบตัวของ แกนกลาง ซึ่งจะสร้างดาวนิวตรอนหรือหลุมดำขึ้นอยู่กับมวล ความร้อนที่เกิดจากการยุบตัวจะถูกกักไว้ภายในดาวนิวตรอนและจะหลุดออกมาอย่างช้าๆ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวเล็กมาก ความร้อนไม่สามารถนำออกจากหลุมดำได้เลย (อย่างไรก็ตาม โปรดดูการแผ่รังสีของฮอว์คิง )

• เบนเน็ตต์, เจฟฟรีย์; โชสตัค, เซธ; ชไนเดอร์, นิโคลัส; แมคเกรเกอร์, เมเรดิธ (2017). ชีวิตในจักรวาล . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน.

• ประวัติความร้อนของโลก