Jak gravitace způsobuje, že planety obíhají kolem hvězd?

V každodenním světě je gravitace silou, díky níž objekty padají dolů. V astronomii je gravitace také silou, která způsobuje pohyb planet na téměř kruhových drahách kolem hvězd. Na první pohled není zřejmé, jak může stejná síla vyvolat tak zdánlivě odlišné chování. Abychom zjistili, proč tomu tak je, je nutné pochopit, jak vnější síla ovlivňuje pohybující se objekt.

Gravitace je síla, která působí mezi libovolnými dvěma objekty. Pokud je jeden objekt podstatně masivnější než druhý, gravitace přitáhne méně hmotný objekt k hmotnějšímu. Planeta například zažije sílu, která ji přitáhne ke hvězdě. V hypotetickém případě, kdy jsou oba objekty vůči sobě zpočátku nehybné, se planeta začne pohybovat ve směru hvězdy. Jinými slovy, padne k hvězdě, jak by naznačovala každodenní gravitační zkušenost.

Klíčem k pochopení orbitálního pohybu je uvědomit si, že planeta nikdy není ve vztahu ke své hvězdě v klidu, ale pohybuje se vysokou rychlostí. Například Země na své oběžné dráze kolem Slunce cestuje rychlostí přibližně 108 000 kilometrů za hodinu (67 000 mil za hodinu). Směr tohoto pohybu je v podstatě kolmý ke směru gravitace, který působí podél linie od planety ke slunci. Zatímco gravitace táhne planetu směrem ke hvězdě, její velká kolmá rychlost ji unáší bokem kolem hvězdy. Výsledkem je oběžná dráha.

Ve fyzice lze jakýkoli druh kruhového pohybu popsat pomocí dostředivé síly - síly, která působí směrem do středu. V případě oběžné dráhy je tato síla poskytována gravitací. Známějším příkladem je předmět, který se krouží kolem na konci provázku. V tomto případě dostředivá síla pochází ze samotné struny. Objekt je tažen směrem ke středu, ale jeho kolmá rychlost ho udržuje v pohybu v kruhu. Pokud jde o základní fyziku, situace se neliší od případu planety obíhající kolem hvězdy.

Většina planet se pohybuje na přibližně kruhových drahách v důsledku způsobu, jakým se formují planetární systémy. Podstatným rysem kruhové oběžné dráhy je, že směr pohybu je vždy kolmý k přímce spojující planetu s centrální hvězdou. To však nemusí platit. Například komety se často pohybují na nekruhových drahách, které jsou velmi protáhlé. Takové oběžné dráhy lze stále vysvětlit gravitací, i když teorie je složitější než u kruhových oběžných drah.