Ako gravitácia spôsobuje, že planéty obiehajú okolo hviezd?

V každodennom svete je gravitácia silou, ktorá spôsobuje padanie predmetov nadol. V astronómii je gravitácia tiež silou, ktorá spôsobuje pohyb planét po takmer kruhových dráhach okolo hviezd. Na prvý pohľad nie je zrejmé, ako môže rovnaká sila viesť k takému zdanlivo odlišnému správaniu. Aby sme zistili, prečo to je, je potrebné pochopiť, ako vonkajšia sila ovplyvňuje pohybujúci sa objekt.

Gravitácia je sila, ktorá pôsobí medzi ľubovoľnými dvoma objektmi. Ak je jeden objekt podstatne masívnejší ako druhý, potom gravitácia potiahne menej hmotný objekt smerom k masívnejšiemu. Napríklad planéta zažije silu, ktorá ju pritiahne k hviezde. V hypotetickom prípade, keď sú dva objekty spočiatku navzájom nepohyblivé, sa planéta začne pohybovať v smere hviezdy. Inými slovami, padne k hviezde, ako by to naznačovala každodenná gravitačná skúsenosť.

Kľúčom k pochopeniu orbitálneho pohybu je uvedomenie si, že planéta nikdy nie je v pokoji vo vzťahu k svojej hviezde, ale pohybuje sa vysokou rýchlosťou. Napríklad Zem letí na svojej obežnej dráhe okolo slnka rýchlosťou približne 108 000 kilometrov za hodinu (67 000 míľ za hodinu). Smer tohto pohybu je v podstate kolmý na smer gravitácie, ktorý pôsobí pozdĺž čiary z planéty na slnko. Zatiaľ čo gravitácia tiahne planétu k hviezde, jej veľká kolmá rýchlosť ju unáša do strán okolo hviezdy. Výsledkom je obežná dráha.

Vo fyzike možno akýkoľvek druh kruhového pohybu opísať pomocou dostredivej sily - sily pôsobiacej smerom do stredu. V prípade obežnej dráhy je táto sila zabezpečovaná gravitáciou. Známejším príkladom je predmet, ktorý sa točí okolo konca povrázku. V tomto prípade dostredivá sila pochádza zo samotnej struny. Objekt je ťahaný smerom do stredu, ale jeho kolmá rýchlosť ho udržuje v pohybe v kruhu. Pokiaľ ide o základnú fyziku, situácia sa nijako nelíši od prípadu, keď planéta obieha okolo hviezdy.

Väčšina planét sa pohybuje po približne kruhových dráhach v dôsledku spôsobu formovania planetárnych systémov. Podstatnou vlastnosťou kruhovej obežnej dráhy je, že smer pohybu je vždy kolmý na čiaru spájajúcu planétu s centrálnou hviezdou. To však nemusí platiť. Napríklad kométy sa často pohybujú na nekruhových dráhach, ktoré sú veľmi pretiahnuté. Takéto dráhy sa dajú stále vysvetliť gravitáciou, aj keď teória je komplikovanejšia ako pre kruhové dráhy.