¿Cómo explica Newton el movimiento planetario?

Los antiguos creían que los planetas y otros cuerpos celestes obedecían un conjunto de leyes diferente al de los objetos físicos ordinarios de la Tierra. Sin embargo, en el siglo XVII, los astrónomos se habían dado cuenta de que la Tierra misma era un planeta y que... en lugar de ser el centro fijo del universo, gira alrededor del sol como cualquier otro planeta. Armado con esta nueva comprensión, Newton desarrolló una explicación del movimiento planetario utilizando las mismas leyes físicas que se aplican en la Tierra.

Newton nació en Lincolnshire, Inglaterra, en 1642. A los 27 años fue nombrado profesor de matemáticas en la Universidad de Cambridge. Su interés particular fue la aplicación de métodos matemáticos a las ciencias físicas. El movimiento planetario fue uno de los temas más debatidos de la época, y Newton dedicó gran parte de su esfuerzo a desarrollar una teoría matemática al respecto. El resultado fue su ley de gravitación universal, que se publicó por primera vez en 1687.

En la época de Newton, todo lo que se sabía sobre el movimiento planetario podía resumirse sucintamente en tres leyes atribuidas a Johannes Kepler. La primera ley establece que los planetas se mueven alrededor del sol en órbitas elípticas. La segunda ley establece que un planeta barre áreas iguales en tiempos iguales. Según la tercera ley, el cuadrado del período orbital es proporcional al cubo de la distancia al sol. Sin embargo, se trata de leyes puramente empíricas. Describen lo que sucede sin explicar por qué sucede.

Newton estaba convencido de que los planetas deben obedecer las mismas leyes físicas que se observan en la Tierra. Esto significaba que debía haber una fuerza invisible actuando sobre ellos. Sabía por un experimento que, en ausencia de una fuerza aplicada, un cuerpo en movimiento continuará en línea recta para siempre. Los planetas, por otro lado, se movían en órbitas elípticas. Newton se preguntó qué tipo de fuerza les haría hacer esto. En un golpe de genialidad, se dio cuenta de que la respuesta era la gravedad, la misma fuerza que hace que una manzana caiga al suelo en la Tierra.

Newton desarrolló una formulación matemática de la gravedad que explicaba tanto el movimiento de una manzana que caía como el de los planetas. Mostró que la fuerza gravitacional entre dos objetos cualesquiera es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Cuando se aplica al movimiento de un planeta alrededor del sol, esta teoría explica las tres leyes de Kepler derivadas empíricamente.