У повсякденному світі гравітація - це сила, яка змушує предмети падати вниз. В астрономії гравітація - це також сила, яка змушує планети рухатися навколо кругових орбіт навколо зірок. На перший погляд, не очевидно, як одна і та ж сила може спричинити таку, здавалося б, різну поведінку. Щоб зрозуміти, чому це так, необхідно зрозуміти, як зовнішня сила впливає на рухомий об'єкт.
Сила тяжіння
Гравітація - це сила, яка діє між будь-якими двома об’єктами. Якщо один об'єкт значно масивніший за інший, то гравітація буде тягнути менш масивний об'єкт до більш масивного. Наприклад, планета буде відчувати силу, що тягне її до зірки. У гіпотетичному випадку, коли два об'єкти спочатку нерухомі по відношенню один до одного, планета почне рухатися у напрямку зірки. Іншими словами, він впаде до зірки, як це передбачає повсякденний досвід гравітації.
Ефект перпендикулярного руху
Ключем до розуміння орбітального руху є усвідомлення того, що планета ніколи не нерухома щодо своєї зірки, а рухається з великою швидкістю. Наприклад, Земля рухається зі своєю орбітою навколо Сонця приблизно 108 000 кілометрів на годину (67 000 миль на годину). Напрямок цього руху по суті перпендикулярний напрямку гравітації, який діє вздовж лінії від планети до Сонця. Поки гравітація тягне планету до зірки, велика перпендикулярна швидкість переносить її вбік навколо зірки. Результат - орбіта.
Доцентрова сила
У фізиці будь-який круговий рух можна описати з точки зору доцентрової сили - сили, що діє до центру. У випадку орбіти ця сила забезпечується силою тяжіння. Більш звичним прикладом є об’єкт, який кружляє на кінці шматка. У цьому випадку доцентрова сила надходить від самої струни. Об'єкт тягнеться до центру, але його перпендикулярна швидкість утримує його в русі по колу. Що стосується базової фізики, ситуація нічим не відрізняється від випадку планети, яка обертається навколо зірки.
Кругові та некругові орбіти
Більшість планет рухаються приблизно по кругових орбітах, як наслідок формування планетарних систем. Суттєвою особливістю кругової орбіти є те, що напрямок руху завжди перпендикулярний лінії, яка приєднує планету до центральної зірки. Однак це не обов’язково. Наприклад, комети часто рухаються по некругових орбітах, що мають сильно витягнуту форму. Такі орбіти все ще можна пояснити гравітацією, хоча теорія є більш складною, ніж для кругових орбіт.