Nel mondo di tutti i giorni, la gravità è la forza che fa cadere gli oggetti verso il basso. In astronomia, la gravità è anche la forza che fa muovere i pianeti in orbite quasi circolari attorno alle stelle. A prima vista, non è ovvio come la stessa forza possa dar luogo a comportamenti così apparentemente diversi. Per capire perché è così, è necessario capire come una forza esterna influenza un oggetto in movimento.
La forza di gravità
La gravità è una forza che agisce tra due oggetti qualsiasi. Se un oggetto è significativamente più massiccio dell'altro, la gravità attirerà l'oggetto meno massiccio verso quello più massiccio. Un pianeta, per esempio, sperimenterà una forza che lo spingerà verso una stella. Nel caso ipotetico in cui i due oggetti siano inizialmente fermi l'uno rispetto all'altro, il pianeta inizierà a muoversi nella direzione della stella. In altre parole cadrà verso la stella, proprio come suggerirebbe l'esperienza quotidiana della gravità.
L'effetto del movimento perpendicolare
La chiave per comprendere il moto orbitale è rendersi conto che un pianeta non è mai stazionario rispetto alla sua stella ma si muove ad alta velocità. Ad esempio, la Terra viaggia a circa 108.000 chilometri all'ora (67.000 miglia all'ora) nella sua orbita attorno al sole. La direzione di questo moto è essenzialmente perpendicolare alla direzione della gravità, che agisce lungo una linea dal pianeta al sole. Mentre la gravità attira il pianeta verso la stella, la sua grande velocità perpendicolare lo porta lateralmente attorno alla stella. Il risultato è un'orbita.
Forza centripeta
In fisica, qualsiasi tipo di movimento circolare può essere descritto in termini di forza centripeta, una forza che agisce verso il centro. Nel caso di un'orbita, questa forza è fornita dalla gravità. Un esempio più familiare è un oggetto ruotato intorno all'estremità di un pezzo di corda. In questo caso, la forza centripeta proviene dalla corda stessa. L'oggetto viene tirato verso il centro, ma la sua velocità perpendicolare lo mantiene in movimento in un cerchio. In termini di fisica di base, la situazione non è diversa dal caso di un pianeta in orbita attorno a una stella.
Orbite circolari e non circolari
La maggior parte dei pianeti si muove su orbite approssimativamente circolari, come conseguenza del modo in cui si formano i sistemi planetari. La caratteristica essenziale di un'orbita circolare è che la direzione del moto è sempre perpendicolare alla linea che unisce il pianeta alla stella centrale. Questo non deve essere il caso, tuttavia. Le comete, ad esempio, si muovono spesso su orbite non circolari molto allungate. Tali orbite possono ancora essere spiegate dalla gravità, sebbene la teoria sia più complicata rispetto alle orbite circolari.