Wie bewirkt die Gravitation, dass Planeten Sterne umkreisen?

Die Umlaufbahnen von Planeten im Sonnensystem können in Bezug auf die Schwerkraft erklÀrt werden.

In der Alltagswelt ist die Schwerkraft die Kraft, die Objekte nach unten fallen lĂ€sst. In der Astronomie ist die Gravitation auch die Kraft, die bewirkt, dass sich Planeten in nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen um Sterne bewegen. Auf den ersten Blick ist nicht klar, wie die gleiche Kraft zu so unterschiedlichen Verhaltensweisen fĂŒhren kann. Um zu verstehen, warum dies so ist, ist es notwendig zu verstehen, wie eine Ă€ußere Kraft auf ein sich bewegendes Objekt wirkt.

Die Schwerkraft

Die Schwerkraft ist eine Kraft, die zwischen zwei beliebigen Objekten wirkt. Wenn ein Objekt wesentlich massiver ist als das andere, dann zieht die Schwerkraft das weniger massive Objekt in Richtung des massereicheren Objekts. Ein Planet wird zum Beispiel eine Kraft erfahren, die ihn zu einem Stern zieht. In dem hypothetischen Fall, in dem die beiden Objekte zunÀchst stationÀr zueinander stehen, wird sich der Planet in Richtung des Sterns bewegen. Mit anderen Worten, es wird auf den Stern fallen, so wie die alltÀgliche Erfahrung der Schwerkraft vermuten lÀsst.

Der Effekt der senkrechten Bewegung

Der SchlĂŒssel zum VerstĂ€ndnis der Orbitalbewegung besteht darin, zu erkennen, dass ein Planet niemals relativ zu seinem Stern stationĂ€r ist, sondern sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Zum Beispiel bewegt sich die Erde in ihrer Umlaufbahn um die Sonne mit ungefĂ€hr 108.000 Kilometern pro Stunde (67.000 Meilen pro Stunde). Die Richtung dieser Bewegung ist im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Schwerkraft, die entlang einer Linie vom Planeten zur Sonne wirkt. WĂ€hrend die Schwerkraft den Planeten in Richtung des Sterns zieht, trĂ€gt seine große senkrechte Geschwindigkeit ihn seitlich um den Stern. Das Ergebnis ist eine Umlaufbahn.

Zentripetalkraft

In der Physik kann jede Art von Kreisbewegung als Zentripetalkraft beschrieben werden - eine Kraft, die auf das Zentrum wirkt. Im Falle einer Umlaufbahn wird diese Kraft durch die Schwerkraft bereitgestellt. Ein bekannteres Beispiel ist ein Objekt, das am Ende einer Schnur herumgewirbelt wird. In diesem Fall kommt die Zentripetalkraft von der Saite selbst. Das Objekt wird in Richtung Zentrum gezogen, aber seine senkrechte Geschwindigkeit hÀlt es in einem Kreis. In Bezug auf die grundlegende Physik unterscheidet sich die Situation nicht von dem Fall eines Planeten, der einen Stern umkreist.

Kreisförmige und nicht kreisförmige Umlaufbahnen

Die meisten Planeten bewegen sich auf ungefÀhr kreisförmigen Bahnen, als Folge der Art, wie Planetensysteme gebildet werden. Das wesentliche Merkmal einer kreisförmigen Umlaufbahn ist, dass die Bewegungsrichtung immer senkrecht zu der Linie ist, die den Planeten mit dem Zentralstern verbindet. Dies muss jedoch nicht der Fall sein. Kometen bewegen sich zum Beispiel hÀufig auf nicht-kreisförmigen Bahnen, die stark verlÀngert sind. Solche Bahnen können immer noch durch Schwerkraft erklÀrt werden, obwohl die Theorie komplizierter ist als bei kreisförmigen Umlaufbahnen.

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