เนื้อหา
ในโลกทุกวันแรงดึงดูดคือแรงที่ทำให้วัตถุตกลงมา ในทางดาราศาสตร์แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่ทำให้ดาวเคราะห์เคลื่อนที่เป็นวงโคจรรอบวงกลมรอบดาวฤกษ์ ตั้งแต่แรกเห็นมันไม่ชัดเจนว่าแรงเดียวกันนี้สามารถทำให้เกิดพฤติกรรมที่แตกต่างกัน เพื่อดูว่าเหตุใดจึงเป็นเช่นนี้จำเป็นต้องเข้าใจว่าแรงภายนอกมีผลต่อวัตถุเคลื่อนที่อย่างไร
พลังแห่งแรงโน้มถ่วง
แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่กระทำระหว่างวัตถุสองชนิดใด ๆ หากวัตถุหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่าวัตถุอื่นอย่างมีนัยสำคัญแรงโน้มถ่วงจะดึงวัตถุที่มีขนาดใหญ่น้อยลงไปยังวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า ตัวอย่างเช่นดาวเคราะห์จะได้สัมผัสกับแรงดึงไปยังดาวฤกษ์ ในกรณีสมมุติที่วัตถุทั้งสองอยู่นิ่งในระยะแรกด้วยความเคารพซึ่งกันและกันดาวเคราะห์จะเริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางของดาวฤกษ์ กล่าวอีกนัยหนึ่งมันจะตกลงไปที่ดาวเช่นเดียวกับประสบการณ์ในชีวิตประจำวันของแรงโน้มถ่วงที่จะแนะนำ
ผลของการเคลื่อนที่ตั้งฉาก
กุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจการเคลื่อนที่ของวงโคจรคือการตระหนักว่าดาวเคราะห์ไม่เคยอยู่นิ่งกับดาวฤกษ์ของมัน แต่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ตัวอย่างเช่นโลกกำลังเดินทางประมาณ 108,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (67,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ ทิศทางของการเคลื่อนที่นี้ตั้งฉากกับทิศทางของแรงโน้มถ่วงซึ่งทำหน้าที่เป็นแนวจากดาวเคราะห์สู่ดวงอาทิตย์ ในขณะที่แรงโน้มถ่วงดึงดาวเคราะห์เข้าหาดาวฤกษ์ความเร็วของมันตั้งฉากกับมันจะหมุนไปรอบ ๆ ดาวฤกษ์ ผลที่ได้คือวงโคจร
แรงสู่ศูนย์กลาง
ในฟิสิกส์การเคลื่อนที่แบบวงกลมทุกชนิดสามารถอธิบายได้ในรูปของแรงสู่ศูนย์กลาง - แรงที่กระทำต่อศูนย์กลาง ในกรณีของวงโคจรแรงนี้มีให้โดยแรงโน้มถ่วง ตัวอย่างที่คุ้นเคยมากขึ้นคือวัตถุวนรอบส่วนท้ายของสตริง ในกรณีนี้แรงสู่ศูนย์กลางมาจากตัวสตริงเอง วัตถุถูกดึงเข้าหาศูนย์กลาง แต่ความเร็วที่ตั้งฉากทำให้มันเคลื่อนที่เป็นวงกลม ในแง่ของฟิสิกส์พื้นฐานสถานการณ์ไม่แตกต่างจากกรณีของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์
วงโคจรวงกลมและ Noncircular
ดาวเคราะห์ส่วนใหญ่เคลื่อนที่ไปในวงโคจรวงกลมโดยประมาณซึ่งเป็นผลมาจากวิธีการก่อตัวของระบบดาวเคราะห์ คุณลักษณะที่สำคัญของวงโคจรวงกลมคือทิศทางการเคลื่อนที่ตั้งฉากกับแนวที่เชื่อมต่อดาวเคราะห์กับดาวฤกษ์กลางเสมอ อย่างไรก็ตามไม่จำเป็นต้องเป็นเช่นนั้น ยกตัวอย่างเช่นดาวหางมักจะเคลื่อนที่บนวงโคจรที่ไม่เป็นวงกลมซึ่งมีความยาวมาก วงโคจรดังกล่าวสามารถอธิบายได้ด้วยแรงโน้มถ่วงแม้ว่าทฤษฏีจะมีความซับซ้อนมากกว่าวงโคจรแบบวงกลม