Innehåll
I den vardagliga världen är tyngdkraften den kraft som får föremål att falla nedåt. I astronomi är tyngdkraften också den kraft som får planeter att röra sig i nära cirkulära banor runt stjärnor. Vid första anblicken är det inte uppenbart hur samma kraft kan ge upphov till sådana till synes olika beteenden. För att se varför detta är det nödvändigt att förstå hur en extern kraft påverkar ett rörligt objekt.
Tyngdkraften
Gravitet är en kraft som verkar mellan två objekt. Om ett objekt är betydligt mer massivt än det andra, kommer gravitationen att dra det mindre massiva objektet mot det mer massiva. En planet, till exempel, kommer att uppleva en kraft som drar den mot en stjärna. I det hypotetiska fallet där de två föremålen ursprungligen är stationära med avseende på varandra kommer planeten att börja röra sig i stjärnens riktning. Med andra ord kommer den att falla mot stjärnan, precis som vardagsupplevelsen av tyngdkraften skulle antyda.
Effekten av vinkelrätt rörelse
Nyckeln till att förstå orbitalrörelse är att inse att en planet aldrig är stationär relativt sin stjärna utan rör sig i hög hastighet. Till exempel reser jorden cirka 108 000 kilometer per timme (67 000 miles per timme) i sin bana runt solen. Rörelsen för denna rörelse är i huvudsak vinkelrätt mot tyngdkraftsriktningen, som verkar längs en linje från planeten till solen. Medan tyngdkraften drar planeten mot stjärnan, bär dess stora vinkelräta hastighet den i sidled runt stjärnan. Resultatet är en bana.
Centripetal Force
I fysiken kan alla typer av cirkulär rörelse beskrivas i termer av centripetalkraft - en kraft som verkar mot mitten. När det gäller en bana tillhandahålls denna kraft av tyngdkraften. Ett mer bekant exempel är ett objekt som kretsade runt i änden av en strängbit. I detta fall kommer centripetalkraften från själva strängen. Föremålet dras mot mitten, men dess vinkelräta hastighet gör att det rör sig i en cirkel. När det gäller grundläggande fysik skiljer sig situationen inte från fallet med en planet som kretsar runt en stjärna.
Cirkulära och icke-cirkulära banor
De flesta planeter rör sig på ungefär cirkulära banor, som en följd av hur planetsystem bildas. Det väsentliga inslaget i en cirkulär bana är att rörelseriktningen alltid är vinkelrätt mot linjen som förenar planeten till den centrala stjärnan. Detta behöver dock inte vara fallet. Kometer rör sig till exempel ofta på icke-cirkulära banor som är mycket långsträckta. Sådana banor kan fortfarande förklaras med tyngdkraft, även om teorin är mer komplicerad än för cirkulära banor.