Οι αρχαίοι πίστευαν ότι οι πλανήτες και άλλα ουράνια σώματα υπακούουν σε ένα διαφορετικό σύνολο νόμων από τα συνηθισμένα φυσικά αντικείμενα στη Γη. Μέχρι τον 17ο αιώνα, ωστόσο, οι αστρονόμοι είχαν συνειδητοποιήσει ότι η ίδια η Γη ήταν ένας πλανήτης και ότι - αντί να είναι το σταθερό κέντρο του σύμπαντος - περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο όπως κάθε άλλο πλανήτης. Οπλισμένος με αυτήν τη νέα κατανόηση, ο Νεύτωνας ανέπτυξε μια εξήγηση της πλανητικής κίνησης χρησιμοποιώντας τους ίδιους φυσικούς νόμους που ισχύουν στη Γη.
Σερ Ισαάκ Νιούτον
Ο Νεύτωνας γεννήθηκε στο Λίνκολνσαϊρ της Αγγλίας το 1642. Σε ηλικία 27 ετών διορίστηκε καθηγητής μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του Cambridge. Το ιδιαίτερο ενδιαφέρον του ήταν η εφαρμογή μαθηματικών μεθόδων στις φυσικές επιστήμες. Η πλανητική κίνηση ήταν ένα από τα πιο καυτά θέματα της εποχής, και ο Νεύτωνας αφιέρωσε μεγάλο μέρος της προσπάθειάς του στην ανάπτυξη μιας μαθηματικής θεωρίας αυτού. Το αποτέλεσμα ήταν ο νόμος της καθολικής βαρύτητας, ο οποίος δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά το 1687.
Η κίνηση των πλανητών
Στην εποχή του Νεύτωνα, όλα όσα ήταν γνωστά για την πλανητική κίνηση μπορούσαν να συνοψιστούν συνοπτικά σε τρεις νόμους που αποδίδονται στον Γιοχάνες Κέπλερ. Ο πρώτος νόμος αναφέρει ότι οι πλανήτες κινούνται γύρω από τον ήλιο σε ελλειπτικές τροχιές. Ο δεύτερος νόμος αναφέρει ότι ένας πλανήτης σαρώνει ίσες περιοχές σε ίσους χρόνους. Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο, το τετράγωνο της τροχιακής περιόδου είναι ανάλογο με τον κύβο της απόστασης από τον ήλιο. Ωστόσο, αυτοί είναι καθαρά εμπειρικοί νόμοι. Περιγράφουν τι συμβαίνει χωρίς να εξηγούν γιατί συμβαίνει.
Προσέγγιση του Νεύτωνα
Ο Νεύτωνας ήταν πεπεισμένος ότι οι πλανήτες πρέπει να υπακούουν στους ίδιους φυσικούς νόμους που παρατηρούνται στη Γη. Αυτό σήμαινε ότι πρέπει να υπάρχει μια αόρατη δύναμη. Ήξερε από το πείραμα ότι, ελλείψει εφαρμοσμένης δύναμης, ένα κινούμενο σώμα θα συνεχίσει σε ευθεία γραμμή για πάντα. Οι πλανήτες, από την άλλη πλευρά, κινούνται σε ελλειπτικές τροχιές. Ο Νεύτωνας αναρωτήθηκε τι είδους δύναμη θα τους έκανε να το κάνουν αυτό. Σε ένα κτύπημα ιδιοφυΐας, συνειδητοποίησε ότι η απάντηση ήταν η βαρύτητα - η ίδια δύναμη που κάνει ένα μήλο να πέσει στο έδαφος στη Γη.
Καθολική βαρύτητα
Ο Νεύτωνας ανέπτυξε μια μαθηματική διαμόρφωση της βαρύτητας που εξηγούσε τόσο την κίνηση ενός μήλου που πέφτει όσο και την κίνηση των πλανητών. Έδειξε ότι η βαρυτική δύναμη μεταξύ των δύο αντικειμένων είναι ανάλογη με το προϊόν των μαζών τους και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Όταν εφαρμόστηκε στην κίνηση ενός πλανήτη γύρω από τον ήλιο, αυτή η θεωρία εξήγησε και τους τρεις εμπειρικούς νόμους του Kepler.
