În lumea de zi cu zi, gravitația este forța care face obiectele să cadă în jos. În astronomie, gravitația este și forța care determină mișcarea planetelor pe orbite aproape circulare în jurul stelelor. La prima vedere, nu este evident cum aceeași forță poate da naștere unor astfel de comportamente aparent diferite. Pentru a vedea de ce este acest lucru, este necesar să înțelegem cum o forță externă afectează un obiect în mișcare.
Forța gravitației
Gravitația este o forță care acționează între oricare două obiecte. Dacă un obiect este semnificativ mai masiv decât celălalt, atunci gravitația va trage obiectul mai puțin masiv spre cel mai masiv. O planetă, de exemplu, va experimenta o forță care o trage spre o stea. În ipoteticul caz în care cele două obiecte sunt inițial staționare una față de cealaltă, planeta va începe să se miște în direcția stelei. Cu alte cuvinte, va cădea spre stea, așa cum ar sugera experiența de zi cu zi a gravitației.
Efectul mișcării perpendiculare
Cheia pentru a înțelege mișcarea orbitală este să ne dăm seama că o planetă nu este niciodată staționară în raport cu steaua sa, ci se mișcă cu viteză mare. De exemplu, Pământul călătorește cu aproximativ 108.000 de kilometri pe oră (67.000 de mile pe oră) pe orbita sa în jurul soarelui. Direcția acestei mișcări este în esență perpendiculară pe direcția gravitației, care acționează de-a lungul unei linii de la planetă la soare. În timp ce gravitația trage planeta spre stea, viteza sa perpendiculară mare o poartă lateral în jurul stelei. Rezultatul este o orbită.
Forta centripeta
În fizică, orice fel de mișcare circulară poate fi descrisă în termeni de forță centripetă - o forță care acționează spre centru. În cazul unei orbite, această forță este asigurată de gravitație. Un exemplu mai familiar este un obiect învârtit la capătul unei bucăți de șir. În acest caz, forța centripetă provine din șirul în sine. Obiectul este tras spre centru, dar viteza sa perpendiculară îl menține în mișcare în cerc. În ceea ce privește fizica de bază, situația nu diferă de cazul unei planete care orbitează o stea.
Orbite circulare și necirculare
Majoritatea planetelor se mișcă pe orbite aproximativ circulare, ca o consecință a modului în care se formează sistemele planetare. Caracteristica esențială a unei orbite circulare este că direcția de mișcare este întotdeauna perpendiculară pe linia care unește planeta cu steaua centrală. Cu toate acestea, nu trebuie să fie cazul. Cometele, de exemplu, se mișcă adesea pe orbite necirculare care sunt foarte alungite. Astfel de orbite pot fi explicate în continuare prin gravitație, deși teoria este mai complicată decât pentru orbite circulare.