Arjen maailmassa painovoima on voima, joka saa esineet putoamaan alaspäin. Tähtitieteessä painovoima on myös voima, joka saa planeetat liikkumaan lähes pyöreillä kiertoradoilla tähtien ympärillä. Ensi silmäyksellä ei ole ilmeistä, kuinka sama voima voi aiheuttaa tällaisen näennäisesti erilaisen käyttäytymisen. Tämän ymmärtämiseksi on välttämätöntä ymmärtää, miten ulkoinen voima vaikuttaa liikkuvaan esineeseen.
Painovoima
Painovoima on voima, joka vaikuttaa minkä tahansa kahden kohteen välillä. Jos yksi esine on huomattavasti massiivisempi kuin toinen, painovoima vetää vähemmän massiivisen kohteen kohti massiivisempaa. Esimerkiksi planeetta kokee voiman vetävän sitä kohti tähtiä. Hypoteettisessa tapauksessa, jossa nämä kaksi kohdetta ovat aluksi paikallaan toistensa suhteen, planeetta alkaa liikkua tähden suuntaan. Toisin sanoen se putoaa tähtiä kohti, kuten jokapäiväinen painovoimakokemus ehdottaa.
Kohtisuoran liikkeen vaikutus
Avain kiertoradan liikkeen ymmärtämiseen on ymmärtää, että planeetta ei ole koskaan paikallaan tähtiin nähden, mutta liikkuu suurella nopeudella. Esimerkiksi maapallo kiertää auringon ympäri kiertoradalla noin 108 000 kilometriä tunnissa (67 000 mailia tunnissa). Tämän liikkeen suunta on olennaisesti kohtisuorassa painovoiman suuntaan, joka vaikuttaa pitkin planeetalta aurinkoon kulkevaa linjaa. Vaikka painovoima vetää planeettaa tähtiä kohti, sen suuri kohtisuora nopeus kuljettaa sitä sivuttain tähden ympärille. Tuloksena on kiertorata.
Keskihakuvoima
Fysiikassa mitä tahansa kiertoliikettä voidaan kuvata keskiosan voimalla - voimalla, joka vaikuttaa kohti keskusta. Kiertoradan tapauksessa tämä voima saadaan painovoiman avulla. Tuttavampi esimerkki on esine, joka pyöritettiin narunpalan päässä. Tässä tapauksessa keskipakovoima tulee itse merkkijonosta. Kohde vedetään kohti keskustaa, mutta sen kohtisuoran nopeuden ansiosta se liikkuu ympyrässä. Perusfysiikan kannalta tilanne ei ole erilainen kuin tähtiä kiertävän planeetan tapaus.
Pyöreät ja ei-pyöreät kiertoradat
Suurin osa planeetoista liikkuu suunnilleen pyöreillä kiertoradoilla planeettajärjestelmien muodostumisen seurauksena. Pyöreän kiertoradan olennainen piirre on, että liikkeen suunta on aina kohtisuorassa planeetan keskitähteen yhdistävän linjan kanssa. Näin ei kuitenkaan tarvitse olla. Komeetat esimerkiksi liikkuvat usein pyöreillä kiertoradoilla, jotka ovat erittäin pitkänomaisia. Tällaiset kiertoradat voidaan edelleen selittää painovoimalla, vaikka teoria on monimutkaisempi kuin pyöreillä kiertoradoilla.