Hvordan forårsager tyngdekraften planeter til at bane stjerner?

I hverdagens verden er tyngdekraften den kraft, der får genstande til at falde nedad. I astronomi er tyngdekraften også den kraft, der får planeter til at bevæge sig i næsten cirkulære baner omkring stjerner. Ved første øjekast er det ikke indlysende, hvordan den samme kraft kan give anledning til sådan tilsyneladende forskellig opførsel. For at se hvorfor dette er, er det nødvendigt at forstå, hvordan en ekstern kraft påvirker en bevægelig genstand.

Tyngdekraft er en kraft, der virker mellem to objekter. Hvis det ene objekt er betydeligt mere massivt end det andet, trækker tyngdekraften det mindre massive objekt mod det mere massive. En planet vil for eksempel opleve en kraft, der trækker den mod en stjerne. I det hypotetiske tilfælde, hvor de to objekter oprindeligt er stationære i forhold til hinanden, vil planeten begynde at bevæge sig i retning af stjernen. Med andre ord vil det falde mod stjernen, ligesom hverdagens oplevelse af tyngdekraften antyder.

Nøglen til forståelse af orbitale bevægelser er at indse, at en planet aldrig er stationær i forhold til sin stjerne, men bevæger sig i høj hastighed. For eksempel rejser Jorden cirka 108.000 kilometer i timen (67.000 miles i timen) i sin bane omkring solen. Retningen af ​​denne bevægelse er i det væsentlige vinkelret på tyngdekraftsretningen, der virker langs en linje fra planeten til solen. Mens tyngdekraften trækker planeten mod stjernen, bærer dens store vinkelrette hastighed den sidelæns omkring stjernen. Resultatet er en bane.

I fysik kan enhver form for cirkulær bevægelse beskrives i form af centripetal kraft - en kraft, der virker mod centrum. I tilfælde af en bane tilvejebringes denne kraft af tyngdekraften. Et mere velkendt eksempel er et objekt hvirvet rundt i enden af ​​en streng. I dette tilfælde kommer den centripetale kraft fra selve strengen. Objektet trækkes mod midten, men dets vinkelrette hastighed holder det i bevægelse i en cirkel. Med hensyn til grundlæggende fysik er situationen ikke forskellig fra tilfældet med en planet, der kredser om en stjerne.

De fleste planeter bevæger sig på cirka cirkulære baner som en konsekvens af den måde, planetariske systemer dannes på. Det væsentlige træk ved en cirkulær bane er, at bevægelsesretningen altid er vinkelret på linjen, der forbinder planeten med den centrale stjerne. Dette behøver dog ikke være tilfældet. Kometer bevæger sig for eksempel ofte på ikke-cirkulære baner, der er meget aflange. Sådanne baner kan stadig forklares med tyngdekraften, selvom teorien er mere kompliceret end for cirkulære baner.