Sisältö
Arkimaailmassa painovoima on voima, joka saa esineet putoamaan alaspäin. Tähtitiedessä painovoima on myös voima, joka saa planeetat liikkumaan lähellä ympyränmuotoisia kiertoratoja tähtijen ympäri. Ensi silmäyksellä ei ole selvää, kuinka sama voima voi johtaa tällaiseen näennäisesti erilaiseen käyttäytymiseen. Jotta ymmärrät, miksi näin on, on tarpeen ymmärtää, kuinka ulkoinen voima vaikuttaa liikkuvaan esineeseen.
Painovoima
Painovoima on voima, joka toimii minkä tahansa kahden esineen välillä. Jos yksi esine on huomattavasti massiivisempi kuin toinen, silloin gravitaatio vetää vähemmän massiivista esinettä kohti massiivista. Esimerkiksi planeetta kokee voiman, joka vetää sitä kohti tähtiä. Hypoteettisessa tapauksessa, jossa kaksi esinettä ovat alun perin paikallaan toistensa suhteen, planeetta alkaa liikkua tähden suuntaan. Toisin sanoen se putoaa kohti tähtiä, aivan kuten jokapäiväinen kokemus painovoimasta viittaa.
Kohtisuoran liikkeen vaikutus
Avain kiertoradan liikkeen ymmärtämiseen on ymmärtää, että planeetta ei ole koskaan paikallaan tähtiään nähden, vaan liikkuu suurella nopeudella. Esimerkiksi, Maa kulkee kiertoradallaansa noin 108 000 kilometriä tunnissa (67 000 mailia tunnissa) auringon ympärillä. Tämän liikkeen suunta on olennaisesti kohtisuora painovoiman suuntaan, joka toimii linjaa pitkin planeetasta aurinkoon. Vaikka painovoima vetää planeettaa kohti tähtiä, sen suuri kohtisuora nopeus kuljettaa sitä sivuttain tähden ympäri. Tuloksena on kiertorata.
Keskihakuvoima
Fysiikassa mitä tahansa ympyräliikettä voidaan kuvata centripetaalivoimana - voima, joka toimii kohti keskustaa. Kiertoradan tapauksessa tämä voima saadaan aikaan painovoiman avulla. Tutustumpi esimerkki on esine, jota pyöritetään jonkin kappaleen päässä. Tässä tapauksessa keskiosainen voima tulee itse narusta. Kohde vedetään kohti keskustaa, mutta sen kohtisuora nopeus pitää sen liikkumassa ympyrässä. Perusfysiikan kannalta tilanne ei eroa tähtiä kiertävän planeetan tapauksesta.
Pyöreät ja ei-ympyrän kiertoradat
Useimmat planeetat liikkuvat suunnilleen ympyrän kiertoradalla, seurauksena siitä, miten planeettajärjestelmät muodostuvat. Pyöreän kiertoradan olennainen piirre on, että liikesuunta on aina kohtisuora linjaan nähden, joka yhdistää planeetan keskitähtiin. Tämän ei kuitenkaan tarvitse olla tilanne. Esimerkiksi komeetat liikkuvat usein ympyränmuotoisilla kiertoradalla, jotka ovat erittäin pitkänomaisia. Tällaiset kiertoradat voidaan silti selittää painovoimalla, vaikka teoria on monimutkaisempi kuin ympyrän kiertoradalla.