Зміст
У повсякденному світі гравітація - це сила, яка змушує предмети падати вниз. В астрономії гравітація - це також сила, яка змушує планети рухатися по кругових орбітах навколо зірок. На перший погляд, не очевидно, як одна і та ж сила може породити таку, здавалося б, іншу поведінку. Щоб зрозуміти, чому це так, необхідно зрозуміти, як зовнішня сила впливає на рухомий об’єкт.
Сила тяжкості
Гравітація - це сила, яка діє між будь-якими двома об’єктами. Якщо один об'єкт значно масивніший за інший, то гравітація потягне менш масивний об'єкт у бік більш масивного. Наприклад, планета зазнає сили, що тягне її до зірки. У гіпотетичному випадку, коли два об'єкти спочатку нерухомі відносно один одного, планета почне рухатися у напрямку зірки. Іншими словами, вона впаде до зірки, як підказує щоденний досвід гравітації.
Ефект перпендикулярного руху
Ключ до розуміння орбітального руху полягає в усвідомленні того, що планета ніколи не нерухома відносно своєї зірки, а рухається з великою швидкістю. Наприклад, Земля проїжджає на своїй орбіті навколо Сонця приблизно 108 000 кілометрів на годину (67 000 миль на годину). Напрямок цього руху по суті перпендикулярний напрямку гравітації, який діє по лінії від планети до Сонця. Поки гравітація тягне планету до зірки, її велика перпендикулярна швидкість переносить її набік навколо зірки. Результат - орбіта.
Центрипетальна сила
У фізиці будь-який вид кругового руху можна описати через доцентрову силу - силу, яка діє в напрямку центру. У випадку орбіти ця сила забезпечується гравітацією. Більш відомий приклад - предмет, який кружляється навколо на кінці шматочка. У цьому випадку відцентрова сила надходить від самої струни. Об'єкт тягнеться до центру, але його перпендикулярна швидкість змушує його рухатись по колу. З точки зору основної фізики ситуація нічим не відрізняється від випадку планети, яка обертається навколо зірки.
Кругові та нециркулярні орбіти
Більшість планет рухаються приблизно на кругових орбітах, як наслідок того, як формуються планетарні системи. Суттєвою особливістю кругової орбіти є те, що напрямок руху завжди перпендикулярний лінії, що приєднує планету до центральної зірки. Однак це не повинно бути. Наприклад, комети часто рухаються по некругових орбітах, які сильно витягнуті. Такі орбіти ще можна пояснити гравітацією, хоча теорія є складнішою, ніж для кругових орбіт.