Lachaleur interne est la source d'énergie thermique contenue à l'intérieur desobjets célestes, tels que lesétoiles, lesnaines brunes, lesplanètes, leslunes, lesplanètes naines résultant de la contraction causée par lagravité (mécanisme Kelvin–Helmholtz), lafusion nucléaire, leréchauffement par effet de marée, la solidification du noyau (enthalpie de fusion libérée lorsque le matériau du noyau fondu se solidifie) et laradioactivité[1].
La quantité d'énergie interne dépend de lamasse : plus l'objet est massif, plus il a de chaleur interne[2]. Aussi, pour une densité donnée, plus l'objet est massif, plus le rapport masse sur surface est grand, et donc plus la rétention de chaleur interne est importante. La chaleur interne permet aux objets célestes de rester chauds et actifs géologiquement.
Au début de l'histoire duSystème solaire, lesradioisotopes ayant unedemi-vie de l'ordre de quelques millions d'années (comme l'aluminium-26 et lefer-60) étaient suffisamment abondants pour produire suffisamment de chaleur pour provoquer lafusion au sein de certaines lunes et même certainsastéroïdes, commeVesta[3]. Après que ces isotopes radioactifs se furent désintégrés à des niveaux insignifiants, la chaleur générée par les isotopes radioactifs à vie plus longue (tels que lepotassium-40, lethorium-232 et l'uranium-235 et l'uranium-238) est devenue insuffisante pour maintenir ces corps fondus à moins qu'ils n'aient une source alternative de chaleur interne, comme le réchauchement par effet de marée. Ainsi, laLune, qui n'a pas de source alternative de chaleur interne est maintenant géologiquement morte[4], tandis qu'une lune aussi petite qu'Encelade, possédant un réchauffement par effet de marée suffisant, est capable de maintenir uncryovolcanisme directement détectable[5].
La chaleur interne desplanètes telluriques alimente les activitéstectoniques etvolcaniques. Parmi les planètes telluriques du Système solaire, laTerre possède le plus importantvolcanisme car elle est la plus massive[4].Mercure etMars ne présentent pas d'effet de surface visible montrant l'existence d'une chaleur interne car elles ne représentent respectivement que 5 et 11 % de lamasse de la Terre et sont ainsi parfois considérées comme « géologiquement mortes » (bien que Mercure ait toujours unchamp magnétique)[6]. La Terre, étant plus massive, a un rapport masse sur surface suffisamment élevé pour quesa chaleur interne entraîne latectonique des plaques et le volcanisme[7].
Lesgéantes gazeuses possèdent une chaleur interne beaucoup plus importante que les planètes telluriques en raison de leur plus grande masse et de leur plus grandecompressibilité, ce qui rend plus d'énergie disponible à partir de lacompression gravitationnelle (mécanisme de Kelvin-Helmholtz).Jupiter, la planète la plus massive du Système solaire, a la plus grande chaleur, sa température centrale étant estimée à36 000 K. Pour lesplanètes externes, la chaleur interne alimente letemps et levent plutôt que l'énergie solaire pour les planètes telluriques[6].
Lesnaines brunes ont une chaleur interne plus important que les géantes gazeuses mais pas aussi grande que lesétoiles. Généré par lacompression gravitationnelle, elle est suffisamment importante pour entretenir la fusion dudeutérium avec l'hydrogène enhélium ; pour les plus grosses naines brunes, elle permet aussi de soutenir la fusion dulithium avec l'hydrogène, mais pas la fusion de l'hydrogène avec lui-même comme les étoiles. Comme les géantes gazeuses, les naines brunes peuvent avoir des phénomènes climatiques grâce à leur chaleur interne[8].
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 80masses joviennes. Il est supposé que les naines brunes plus lourdes qu'environ 13 masses joviennes fusionnent le deutérium et celles supérieures à environ 65 fusionnent également le lithium[8].
La chaleur interne des étoiles est si importante qu'elle permet d'entretenir laréaction thermonucléaire de l'hydrogène avec lui-même pour former de l' hélium et permet même de fabriquer deséléments chimiques plus lourds (nucléosynthèse stellaire)[9]. LeSoleil, par exemple, a une température centrale de près de 15 millions de degrés[10]. Plus les étoiles sont massives et âgées, plus elles ont une grande chaleur interne.
Au moment de la fin de son cycle de vie, la chaleur interne d'une étoile augmente considérablement, provoqué par le changement de composition du cœur au fur et à mesure de la consommation de combustibles pour la fusion et de la contraction qui en résulte. Selon la masse de l'étoile, le noyau peut alors devenir suffisamment chaud pour fusionner l'hélium (formant ducarbone, de l'oxygène et des traces d'éléments plus lourds), et pour des étoiles suffisamment massives, même de grandes quantités d'éléments plus lourds.
