Planety obíhají kolem Slunce v důsledku gravitačního působení. Z Newtonova gravitačního zákona [1] víme, že gravitační síla mezi dvěma tělesy závisí na hmotnosti obou těles a na jejich vzdálenosti. Zvětšování Slunce nemá na gravitační působení žádný vliv, protože Slunce se sice zvětšuje, ale jeho hmotnost se nemění.

Pro popis orbitálních drah, po kterých planety obíhají kolem Slunce, je potřeba přesná matematická forma závislosti gravitační síly na vzdálenosti. Newton odvodil, že gravitační síla je nepřímo úměrná kvadrátu vzdálenosti mezi tělesy, které se pod vlivem gravitace přitahují. Dále ukázal, že když na těleso působí gravitační síla, bude se těleso pohybovat po křivočaré dráze, které říkáme kuželosečka [2], viz obrázek 1. Mezi kuželosečky patří jak kružnice, tak elipsa. Jelikož mezi planetami a Sluncem působí gravitační síla, musejí planety obíhat po dráze, která opisuje nějakou kuželosečku se Sluncem v jednom ze dvou ohnisek kuželosečky. Například u kružnice obě ohniska splývají do jednoho bodu, kterému říkáme střed kružnice.

Teoreticky je možné, aby planety obíhaly kolem Slunce po kruhových drahách, bude-li jejich okamžitá rychlost přesně rovna tzv. kruhové rychlosti [3]. Ve skutečnosti jsou dráhy planet velmi mírně eliptické. To je dáno tím, že při vzniku Sluneční soustavy pohyb planet nezačal s rychlostí, která by přesně odpovídala kruhové rychlosti. Výsledkem je, že planety obíhají po eliptických drahách.

Když se planeta na eliptické dráze začne vzdalovat od Slunce, její potenciální (polohová) energie v gravitačním poli roste. To ale znamená, že její kinetická (pohybová) energie se začne snižovat, což vyžaduje zákon zachování energie [4]. To vede k tomu, že planeta začne zpomalovat, neboli její okamžitá rychlost se zmenší. To nakonec způsobí, že se planeta začne opět přibližovat ke Slunci a celý cyklus se může opakovat. Výsledkem je, že planety obíhají po eliptických drahách s proměnlivou okamžitou rychlostí, která je největší nejblíže ke Slunci.

V 16. století prováděl Tycho Brahe [5] na svou dobu velmi přesná astronomická pozorování, z nichž matematicky velmi zdatný Johannes Kepler [6] vypracoval fyzikální popis nebeské mechaniky dnes známý jako Keplerovy pohybové zákony [7]. Z těch mimo jiné plyne, že se planety pohybují po eliptických drahách, což vede k tomu, že planety neobíhají Slunce konstantní rychlostí, viz obrázek 2. Z těchto zákonů pak vyšel Isaac Newton [8], když odvodil svůj gravitační zákon a ukázal, že Keplerovy zákony, a tedy pohyby planet ve Sluneční soustavě, jsou důsledkem gravitačního působení mezi Sluncem a jednotlivými planetami.

Na závěr můžeme tedy shrnout, že planety obíhají Slunce po mírně eliptických drahách, které jsou důsledkem vzájemného gravitačního působení všech těles v naší Sluneční soustavě. Tak příjemné obíhání a Slunce v duši!

Pro Zeptej se vědce odpovídal Vítek