Wie erklärt Newton die Planetenbewegung?

Die Alten glaubten, dass Planeten und andere Himmelskörper anderen Gesetzmäßigkeiten gehorchten als gewöhnliche physikalische Objekte auf der Erde. Im 17. Jahrhundert hatten Astronomen jedoch erkannt, dass die Erde selbst ein Planet ist und dass -- anstatt das feste Zentrum des Universums zu sein – es dreht sich wie jedes andere um die Sonne Planet. Ausgestattet mit diesem neuen Verständnis entwickelte Newton eine Erklärung der Planetenbewegung unter Verwendung derselben physikalischen Gesetze, die auf der Erde gelten.

Newton wurde 1642 in Lincolnshire, England, geboren. Im Alter von 27 Jahren wurde er zum Professor für Mathematik an der Universität Cambridge ernannt. Sein besonderes Interesse galt der Anwendung mathematischer Methoden auf die Naturwissenschaften. Die Planetenbewegung war eines der am heißesten diskutierten Themen der Zeit, und Newton widmete einen Großteil seiner Bemühungen der Entwicklung einer mathematischen Theorie dazu. Das Ergebnis war sein Gesetz der universellen Gravitation, das erstmals 1687 veröffentlicht wurde.

Zu Newtons Zeit ließ sich alles, was über die Planetenbewegung bekannt war, prägnant in drei Johannes Kepler zugeschriebenen Gesetzen zusammenfassen. Das erste Gesetz besagt, dass sich Planeten auf elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen. Das zweite Gesetz besagt, dass ein Planet in gleichen Zeiten gleiche Flächen überstreicht. Nach dem dritten Hauptsatz ist das Quadrat der Umlaufzeit proportional zur Kubik der Entfernung zur Sonne. Dies sind jedoch rein empirische Gesetze. Sie beschreiben, was passiert, ohne zu erklären, warum es passiert.

Newton war überzeugt, dass die Planeten denselben physikalischen Gesetzen gehorchen müssen, die auf der Erde beobachtet werden. Das bedeutete, dass eine unsichtbare Kraft auf sie einwirken musste. Er wusste aus Experimenten, dass ein sich bewegender Körper ohne aufgebrachte Kraft für immer in einer geraden Linie bleiben wird. Die Planeten hingegen bewegten sich auf elliptischen Bahnen. Newton fragte sich, welche Kraft sie dazu bringen würde. In einem Geniestreich erkannte er, dass die Antwort die Schwerkraft war – dieselbe Kraft, die einen Apfel auf der Erde zu Boden fallen lässt.

Newton entwickelte eine mathematische Formel der Gravitation, die sowohl die Bewegung eines fallenden Apfels als auch die der Planeten erklärt. Er zeigte, dass die Gravitationskraft zwischen zwei beliebigen Objekten proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist. Auf die Bewegung eines Planeten um die Sonne angewendet, erklärte diese Theorie alle drei von Kepler empirisch abgeleiteten Gesetze.