Kako Newton pojasnjuje gibanje planetov?

Starodavni so verjeli, da planeti in druga nebesna telesa spoštujejo drugačen niz zakonov kot običajni fizični predmeti na Zemlji. V 17. stoletju pa so astronomi spoznali, da je Zemlja sama planet in da - namesto da bi bilo stalno središče vesolja - vrti se okoli sonca kot katero koli drugo planeta. Oborožen s tem novim razumevanjem je Newton razvil razlago gibanja planetov z uporabo istih fizikalnih zakonov, ki veljajo na Zemlji.

Newton se je rodil v Lincolnshiru v Angliji leta 1642. V starosti 27 let je bil imenovan za profesorja matematike na univerzi Cambridge. Njegov poseben interes je bila uporaba matematičnih metod v fizikalnih znanostih. Gibanje planetov je bilo ena izmed najbolj vročih razprav tistega časa in Newton je velik del svojih prizadevanj posvetil razvoju matematične teorije o tem. Rezultat je bil njegov zakon o univerzalni gravitaciji, ki je bil prvič objavljen leta 1687.

V Newtonovih časih je bilo vse, kar je bilo znano o gibanju planetov, strnjeno strnjeno v treh zakonih, pripisanih Johannesu Keplerju. Prvi zakon določa, da se planeti gibljejo okoli sonca po eliptičnih orbitah. Drugi zakon določa, da planet v enakih časih pometa enake površine. Po tretjem zakonu je kvadrat orbitalnega obdobja sorazmeren kocki razdalje do sonca. To pa so povsem empirični zakoni. Opisujejo, kaj se zgodi, ne da bi pojasnili, zakaj se to zgodi.

Newton je bil prepričan, da morajo planeti spoštovati enake fizikalne zakone, kot jih opazujejo na Zemlji. To je pomenilo, da mora nanje delovati nevidna sila. Iz eksperimenta je vedel, da se bo gibljejoče telo brez uporabljene sile večno nadaljevalo v ravni črti. Po drugi strani pa so se planeti gibali po eliptičnih orbitah. Newton se je vprašal, kakšna sila jih bo prisilila k temu. V genialni potezi je spoznal, da je odgovor gravitacija - enaka sila, ki povzroči, da jabolko pade na tla na Zemlji.

Newton je razvil matematično formulacijo gravitacije, ki je razložila gibanje padajočega jabolka in gibanje planetov. Pokazal je, da je gravitacijska sila med katerima koli objektoma sorazmerna zmnožku njihovih mas in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima. Ta teorija je v primeru gibanja planeta okoli sonca razložila vse tri Keplerjeve empirično izpeljane zakone.