A mindennapi világban a gravitáció az az erő, amely miatt a tárgyak lefelé esnek. A csillagászatban a gravitáció az az erő is, amely miatt a bolygók csaknem kör alakú pályákon mozognak a csillagok körül. Első látásra nem nyilvánvaló, hogy ugyanaz az erő miként válthat ki ilyen látszólag eltérő viselkedést. Annak megértéséhez, hogy ez miért van, meg kell értenünk, hogy egy külső erő hogyan hat a mozgó tárgyra.
A gravitációs erő
A gravitáció bármely két tárgy között ható erő. Ha az egyik tárgy lényegesen masszívabb, mint a másik, akkor a gravitáció a kevésbé masszív tárgyat a masszívabb felé húzza. Például egy bolygó olyan erőt fog tapasztalni, amely egy csillag felé húzza. Abban a hipotetikus esetben, amikor a két objektum egymáshoz képest kezdetben álló helyzetben van, a bolygó a csillag irányába kezd mozogni. Más szavakkal, a csillag felé esik, ahogy a gravitáció mindennapi tapasztalata is sugallja.
A merőleges mozgás hatása
Az orbitális mozgás megértésének kulcsa annak felismerése, hogy egy bolygó soha nem áll a csillagához képest, hanem nagy sebességgel mozog. Például a Föld körülbelül 108 000 kilométer / órás sebességgel (67 000 mérföld / óra) halad a Nap körüli pályáján. Ennek a mozgásnak az iránya lényegében merőleges a gravitáció irányára, amely a bolygótól a napig tartó vonal mentén hat. Míg a gravitáció a csillag felé húzza a bolygót, nagy merőleges sebessége oldalra viszi a csillag körül. Az eredmény egy pálya.
Centripetális erő
A fizikában bármilyen körmozgás leírható a centripetális erő - a központ felé ható erő - szempontjából. Pálya esetén ezt az erőt a gravitáció biztosítja. Egy ismertebb példa egy húr darab végén forgó tárgy. Ebben az esetben a centripetális erő maga a húrból származik. Az objektum középpont felé húzódik, de merőleges sebessége körben mozgatja. Az alapfizika szempontjából a helyzet nem különbözik a csillag körül keringő bolygó esetétől.
Kör alakú és nem kör alakú pályák
A legtöbb bolygó megközelítőleg körpályán mozog, a bolygórendszerek kialakulásának következményeként. A körpálya lényeges jellemzője, hogy a mozgás iránya mindig merőleges a bolygót a központi csillaggal összekötő egyenesre. Ennek azonban nem kell így lennie. Az üstökösök például gyakran nem hosszúkás, nem kör alakú pályákon mozognak. Az ilyen pályák még mindig a gravitációval magyarázhatók, bár az elmélet bonyolultabb, mint a körpályáké.