Внутреннее тепло.

Многие планеты излучают больше тепла, чем получают от Солнца. Количество тепла, выработанное и сохранившееся в недрах планеты, зависит от ее истории. Для формирующейся планеты главным источником тепла служит метеоритная бомбардировка; затем тепло выделяется в ходе дифференциации недр, когда наиболее плотные компоненты, такие, как железо и никель, оседают к центру и формируют ядро. Юпитер, Сатурн и Нептун (но, по некоторым причинам, - не Уран) все еще излучают тепло, запасенное ими в период формирования 4,6 млрд. лет назад.

У планет земного типа важным источником нагрева в нынешнюю эпоху служит распад радиоактивных элементов - урана, тория и калия, - входивших в небольшом количестве в исходный хондритный (солнечный) состав. Рассеяние энергии движения в приливных деформациях - так называемая "приливная диссипация" - служит главным источником нагрева Ио и играет заметную роль в эволюции некоторых планет, вращение которых (например, Меркурия) замедлили приливы.

Конвекция в мантии.

Если подогревать жидкость достаточно сильно, в ней развивается конвекция, поскольку теплопроводность и излучение не справляются с подводимым локально потоком тепла. Может показаться странным утверждение, что недра планет земного типа охвачены конвекцией, как жидкость. Разве мы не знаем, что по данным сейсмологии в земной мантии распространяются поперечные волны и, следовательно, мантия состоит не из жидкости, а из твердых пород? Но возьмем обычную стекольную замазку: при медленном нажиме она ведет себя как вязкая жидкость, при резком нажиме - как эластичное тело, а при ударе - как камень. Значит, чтобы понять, как ведет себя вещество, мы должны принимать во внимание, в какой шкале времени происходят процессы. Поперечные сейсмические волны проходят сквозь земные недра за минуты. В геологической шкале времени, измеряемой миллионами лет, породы деформируются пластически, если к ним постоянно приложено значительное напряжение. Поразительно, что земная кора все еще выпрямляется, возвращаясь к прежней форме, которую она имела до последнего оледенения, закончившегося 10 000 лет назад. Изучив возраст поднявшихся берегов Скандинавии, Н.Хаскель вычислил в 1935, что вязкость земной мантии в 1023 раз больше вязкости жидкой воды. Но и при этом математический анализ показывает, что земная мантия находится в состоянии интенсивной конвекции (такое движение земных недр можно было бы увидеть в ускоренном кинофильме, где за секунду проходит миллион лет). Аналогичные вычисления показывают, что конвективными мантиями, вероятно, обладают также Венера, Марс и, в меньшей степени, Меркурий и Луна. Природу конвекции в газовых планетах-гигантах мы только начинаем разгадывать. Известно, что на конвективные движения сильно влияет быстрое вращение, которое существует у планет-гигантов, но экспериментально изучить конвекцию во вращающейся сфере с центральным притяжением очень нелегко. До сих пор наиболее точные эксперименты такого рода проводили в условиях микрогравитации на околоземной орбите. Эти опыты вместе с теоретическими расчетами и численными моделями показали, что конвекция происходит в трубках, вытянутых вдоль оси вращения планеты и изогнутых в соответствии с ее сферичностью. Такие конвективные ячейки за их форму прозвали "бананами". Давление у газовых планет-гигантов изменяется от 1 бар на уровне верхушек облаков до примерно 50 Мбар в центре. Поэтому их основной компонент - водород - пребывает на разных уровнях в разных фазах. При давлении выше 3 Мбар обычный молекулярный водород становится жидким металлом, подобным литию. Вычисления показывают, что Юпитер в основном состоит из металлического водорода. А Уран и Нептун, по-видимому, имеют протяженную мантию из жидкой воды, также являющейся неплохим проводником.