Gli antichi credevano che i pianeti e gli altri corpi celesti obbedissero a un diverso insieme di leggi da oggetti fisici ordinari sulla Terra. Nel XVII secolo, tuttavia, gli astronomi si erano resi conto che la Terra stessa era un pianeta e che - anziché essere il centro fisso dell'universo - ruota attorno al sole come qualsiasi altro pianeta. Armato di questa nuova comprensione, Newton sviluppò una spiegazione del moto planetario usando le stesse leggi fisiche che si applicano sulla Terra.

Sir Isaac Newton

Newton nacque nel Lincolnshire, in Inghilterra, nel 1642. A all'età di 27 anni è stato nominato professore di matematica all'Università di Cambridge. Il suo interesse particolare era l'applicazione di metodi matematici alle scienze fisiche. Il moto planetario era uno dei temi più dibattuti dell'epoca, e Newton dedicò gran parte dei suoi sforzi allo sviluppo di una teoria matematica di questo. Il risultato fu la sua legge di gravitazione universale, che fu pubblicata per la prima volta nel 1687.

Il moto dei pianeti

Ai tempi di Newton, tutto ciò che si sapeva sul moto planetario poteva essere sintetizzato in tre modi leggi attribuite a Johannes Kepler. La prima legge afferma che i pianeti si muovono attorno al sole su orbite ellittiche. La seconda legge afferma che un pianeta spazza via aree uguali in tempi uguali. Secondo la terza legge, il quadrato del periodo orbitale è proporzionale al cubo della distanza dal sole. Queste sono leggi puramente empiriche, comunque. Descrivono cosa succede senza spiegare perché succede.

Approccio di Newton

Newton era convinto che i pianeti debbano obbedire alle stesse leggi fisiche osservate sulla Terra. Ciò significava che doveva esserci una forza invisibile che agiva su di loro. Sapeva dall'esperimento che, in assenza di una forza applicata, un corpo in movimento continuerà per sempre in una linea retta. I pianeti, d'altra parte, si muovevano in orbite ellittiche. Newton si è chiesto che tipo di forza avrebbe fatto fare loro questo. In un colpo di genio, si rese conto che la risposta era la gravità: la stessa forza che fa cadere una mela sul terreno sulla Terra.

Gravitazione Universale

Newton sviluppò una formulazione matematica di gravità che spiegava sia il movimento di una mela che cade sia quello dei pianeti. Ha mostrato che la forza gravitazionale tra due oggetti è proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro. Applicata al movimento di un pianeta attorno al sole, questa teoria spiegava tutte e tre le leggi di Keplero derivate empiricamente.