איך הכבידה גורמת לכוכבי לכת למסלול כוכבים?

בעולם היומיומי, כוח המשיכה הוא הכוח שגורם לאובייקטים ליפול כלפי מטה. באסטרונומיה, כוח המשיכה הוא גם הכוח שגורם לכוכבי לכת לנוע במסלולים כמעט מעגליים סביב כוכבים. ממבט ראשון, לא מובן מאליו כיצד אותו כוח יכול להוליד התנהגויות כה נראות שונות. כדי לראות מדוע זה, יש להבין כיצד כוח חיצוני משפיע על עצם נע.

כוח המשיכה הוא כוח שפועל בין שני עצמים כלשהם. אם אובייקט אחד מסיבי משמעותית מהאחר, הרי שכוח המשיכה ימשוך את האובייקט הפחות מסיבי לעבר המסיבי יותר. כוכב לכת, למשל, יחווה כוח שמושך אותו לעבר כוכב. במקרה ההיפותטי שבו שני האובייקטים בתחילה נייחים ביחס זה לזה, כוכב הלכת יתחיל לנוע לכיוון הכוכב. במילים אחרות היא תיפול לעבר הכוכב, בדיוק כפי שמציעה חווית הכבידה היומיומית.

המפתח להבנת תנועה מסלולית הוא להבין שכוכב לכת לעולם אינו נייח יחסית לכוכבו אלא נע במהירות גבוהה. לדוגמא, כדור הארץ נע בכ -108,000 ק"מ לשעה (67,000 מייל לשעה) במסלולו סביב השמש. כיוון תנועה זו מאונך למעשה לכיוון הכבידה, הפועל לאורך קו מכוכב הלכת אל השמש. בעוד שכוח המשיכה מושך את כוכב הלכת לכיוון הכוכב, מהירותו הניצב הגדולה נושאת אותו לרוחב סביב הכוכב. התוצאה היא מסלול.

בפיזיקה ניתן לתאר כל סוג של תנועה מעגלית במונחים של כוח צנטריפטלי - כוח הפועל לעבר המרכז. במקרה של מסלול, כוח זה מסופק על ידי כוח הכבידה. דוגמה מוכרת יותר היא אובייקט שהסתחרר על קצה פיסת החוט. במקרה זה, הכוח הצנטריפטלי מגיע מהמיתר עצמו. האובייקט נמשך לכיוון המרכז, אך מהירותו בניצב שומרת אותו נע במעגל. מבחינת הפיזיקה הבסיסית, המצב אינו שונה מהמקרה של כוכב לכת המקיף כוכב.

רוב כוכבי הלכת נעים במסלולים מעגליים בערך, כתוצאה מהאופן שבו נוצרות מערכות פלנטריות. המאפיין המהותי של מסלול מעגלי הוא שכיוון התנועה עומד תמיד בניצב לקו המצטרף לכוכב הלכת לכוכב המרכזי. זה לא חייב להיות המקרה, עם זאת. שביטים, למשל, נעים לעיתים קרובות במסלולים לא מעגליים המאורכים מאוד. מסלולים כאלה עדיין יכולים להיות מוסברים בכוח המשיכה, אם כי התיאוריה מסובכת יותר מאשר במסלולים מעגליים.