Die acht Planeten umkreisen die Sonne hauptsächlich aufgrund von Gravitationswechselwirkungen elliptisch. Die Sonne hat wie die meisten Planeten eine Anziehungskraft; andere Himmelskörper tun dies auch, und die Art und Weise, in der diese Kräfte interagieren und sich entweder anziehen oder abstoßen, verursacht eine Umlaufbahn. Die meisten Physiker und Astronomen glauben, dass die Umlaufbahnen der Planeten perfekt kreisförmig sein sollten. Dass sie tatsächlich elliptisch sind, sagen viele, hat mehr mit äußeren Kräften und Varianzfehlern zu tun als mit allem anderen. Der deutsche Astronom Johannes Kepler veröffentlichte als erster Material zum Nachweis elliptischer Bahnen, und seine Theorien gelten immer noch als endgültig. Sie wurden unter anderem von Isaac Newton und Albert Einstein ergänzt und erweitert.
Grundlagen des Sonnensystems
Es wird allgemein angenommen, dass das Sonnensystem acht Planeten enthält, einschließlich der Erde, die in verschiedenen Abständen um eine Zentralsonne laufen, jeder auf seiner eigenen elliptischen Bahn. Merkur, Venus, Erde und Mars bilden zusammen das sogenannte „innere“ Sonnensystem. Diese Planeten rotieren am schnellsten. Viel weiter draußen findet man das „äußere“ System, bestehend aus Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Diese Planeten sitzen viel weiter voneinander entfernt als die in den inneren Ringen, und ihre Umlaufbahnen sind in der Regel auch viel größer. Alle Bahnen haben eine elliptische Form, obwohl sie mit Ausnahme von Merkur dazu neigen, fast perfekt kreisförmig zu erscheinen. Normalerweise entdecken die Leute erst durch intensive mathematische Berechnungen, dass sie tatsächlich elliptisch sind.
Einfluss der Exzentrizität
Kepler war der erste, der Ende des 1600. Jahrhunderts die elliptische Form identifizierte. Er entwickelte drei verwandte „Gesetze der Planetenbewegung“, die die Bahnbewegung mit einiger Präzision quantifizieren. Durch diese Gesetze konnte er erklären, dass sich die Planeten auf einer Ebene mit der Sonne in einem Brennpunkt bewegen und bestimmte, dass die Form der Ellipse in Bezug auf die Exzentrizität gemessen werden sollte; nämlich je exzentrischer eine Umlaufbahn ist, desto länger ist sie. Kepler hat nicht festgestellt, warum sie eine Ellipse umkreisen, aber seine Vorarbeit wurde von anderen Physikern genutzt, die konkrete Erklärungen lieferten.
Bedeutung der Schwerkraft
Newtons Studien kamen zu dem Schluss, dass die Schwerkraft eine große Rolle spielt. Durch eine Reihe von Berechnungen konnte er zeigen, dass Planeten sich gegenseitig und die Sonne anziehen, da die Sonne auch eine Anziehungskraft auf sie ausübt. Dies hat den Effekt, dass Bahnen gequetscht werden, von denen man erwarten würde, dass sie in einem geschlossenen System kreisförmig sind, da die Anziehungskräfte aufeinander wirken. Eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist, sich viele Hände vorzustellen, die Taffy ziehen.
Krümmung des Raums
Dazu trägt auch die physische Form der Raumfläche bei. Einsteins Relativitätstheorie trägt auch dazu bei, die Erklärung dafür zu vervollständigen, warum Planeten die Sonne elliptisch umkreisen, da ein Teil der Form der Bahnen das Ergebnis der Krümmung des Raums ist, die durch Planeten verursacht wird, die auf die sie umgebende Raumzeit einwirken. Die resultierende „Verbiegung“ des Raums wirkt sich proportional auf die Bewegung aus und zwingt das, was sonst kreisförmig wäre, sich abzuflachen und zu verlängern.
Mathematische Anwendungen
In den meisten Fällen besteht die einzige genaue Methode zur Messung von Umlaufbahnen und zur Berechnung der Planetengeschwindigkeit und -bewegung darin, eine Reihe etwas komplexer mathematischer Berechnungen durchzuführen. Die Menschen können die Umlaufbahn einzelner Planeten sowie von Wesen wie Kometen mit den mathematischen Regeln berechnen, die von Kepler, Newton, Einstein und den folgenden aufgestellt wurden, und sie können auch Gleichungen verwenden, um den Grad der Veränderung im Laufe der Zeit zu verfolgen. Diese Informationen sind für eine Reihe von Anwendungen nützlich, von der Programmierung von Teleskopen für die Beobachtung bis hin zur Bestimmung des Bedrohungsgrades durch einen sich nähernden Kometen oder Asteroiden.
Ändert sich mit der Zeit
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass viele Beschreibungen von Planetenbahnen aus Gründen des einfachen Verständnisses einfach sind und viele die Sonne als festen Körper im Raum platzieren, um den sich Planeten bewegen. Tatsächlich bewegt sich die Sonne zusammen mit den Planeten, und während sie sich durch den Weltraum bewegen, ändert sich auch die genaue Form der Umlaufbahnen. Dies sollte bei Diskussionen über die Umlaufbahn der Planeten um die Sonne im Hinterkopf behalten werden, da sich das gesamte Umlaufsystem tatsächlich bewegt.