La respuesta simple es: porque el Sol es el objeto más masivo del sistema solar.

La atracción gravitacional del Sol es enorme ya que el Sol pesa alrededor de 1.989×10³⁰ kg, para poner esto en su perspectiva, el El sol contribuye alrededor del 99,8% de toda la masa del sistema solar!

Por eso tiene el campo gravitacional más fuerte del sistema solar, lo que hace que otros planetas orbiten a su alrededor.

Pero hay más en la pregunta: a medida que intentas profundizar más, si el Sol tiene una gravedad tan fuerte, ¿por qué todos los demás planetas, incluida la Tierra y otros objetos, no chocan contra el Sol? ¿O qué es exactamente una órbita?

Leyes de movimiento y gravedad de Newton

Empezando por lo básico, en la mecánica clásica tratamos la gravedad como una fuerza de atracción entre objetos que tienen masa, y cualquier objeto que tenga cierta masa posee un campo gravitacional.

Con el Ley Universal de Gravitación Newton nos enseñó que todo objeto masivo atrae a cualquier otro objeto a su alrededor, lo que se llama ley de gravedad de Newton, se ve así:

$$F = – \frac{G m_1 m_2}{r^2}$$

Donde $G$ es la constante gravitacional universal, $m_1$ es la masa de un objeto, $m_2$ es la masa de otro objeto y $r$ es la distancia entre los centros de los dos objetos.

Ahora puedes considerar que $m_1 = M_{sun}$ o la Masa del Sol, y $m_2$ son iguales a la masa de cualquier otro objeto en el sistema solar. encontrar la fuerza gravitacional entre ellos.

Debido a la fuerza gravitacional entre dos objetos, hacen que uno se acelere entre sí, sin embargo, el cuerpo con mayor masa tiene una mayor influencia sobre el otro.

Digamos que queremos calcular la aceleración gravitacional en un planeta debido a la gravedad del Sol, podemos comenzar con lo siguiente:

$$F_{g} = M_{p}\cdot a$$

$$- \frac{G\cdot M_{s}\cdot M_{p}}{r^2} = M_{p}\cdot a$$

$$a = – \frac{GM_{s}}{r^2}$$

Aquí, $F_{g}$ es la fuerza de gravedad entre el planeta y el objeto, $M_s$ y $M_p$ son las masas del Sol y del planeta respectivamente, $a$ es la aceleración en cualquier planeta debido a la fuerza del Sol. gravedad, y $r$ es la distancia entre ellos.

Ahora conocemos la fuerza de gravedad que atrae todo hacia el Sol, pero ¿qué impide que el planeta caiga hacia el Sol?

¿Qué impide que los planetas caigan hacia el Sol?

Otra fuerza en acción anula el efecto de la gravedad causado por la naturaleza del movimiento de esos planetas.

Esa fuerza se llama fuerza centrífugarazón por la cual la cuerda de un yoyo se estira cuando lo balanceas en el aire.

Siempre que un objeto realiza un movimiento circular, siempre experimenta una fuerza hacia afuera, se llama fuerza no inerciallo que simplemente significa que se experimenta como una fuerza cada vez que el marco de referencia gira.

A esto se le llama fuerza centrífuga.

Si observa a los niños montando en el tiovivo, en su referencia no hay fuerza hacia afuera, pero cuando usted mismo está montando el tiovivo, lo que significa que está en el marco giratorio, experimentaría una fuerza hacia afuera. fuerza.

La fuerza hacia afuera te hace sentir como si fueras a ser arrojado fuera del tiovivo.

Aquí viene a explicar la primera ley del movimiento de Newton: la inercia.

«Un objeto en reposo permanecerá en reposo, y un objeto en movimiento permanecerá en movimiento con una velocidad constante a menos que actúe sobre él una fuerza externa neta».

Debido a la inercia, el objeto en cuestión siempre quiere viajar en línea recta, pero como cambia de dirección todo el tiempo en un movimiento circular, eso da la sensación de una fuerza que lo empuja hacia afuera.

Los niños que viajan en el tiovivo realmente no experimentan una fuerza de atracción que los empuje hacia el centro de la estructura del tiovivo.

Es su asiento conectado al centro con una varilla, lo que los mantiene restringidos en un lugar, y hay una fuerza de tensión en esa varilla, dirigida hacia el centro.

En el movimiento planetario tenemos la gravedad del Sol que atrae a los planetas, lo que tratamos como una fuerza de atracción que atrae a los planetas hacia el Sol, también podemos llamarla fuerza centrípeta en este caso.

Dado que los planetas realizan un movimiento circular alrededor del Sol, experimentan el mismo tipo de fuerza centrífuga hacia afuera que equilibra la atracción gravitacional del Sol, razón por la cual orbitan alrededor del Sol sin caer dentro de él.

Sin embargo, nuevamente esta fuerza centrífuga no es una fuerza real sino el resultado de la inercia y la velocidad del objeto en un movimiento circular.

Visualizando órbitas: lanzando una bola al espacio

Una forma más divertida de imaginar este escenario orbital es suponer que lanzas una pelota hacia arriba, ¿qué sucede? recorre cierta distancia en el aire y cae.

Ahora lanza la pelota con más fuerza esta vez, ¿y ahora qué? llegó más lejos que antes.

Intente tirarlo a unos kilómetros de distancia; puede que no le sea físicamente posible hacerlo, pero supongamos que puede hacerlo.

Inténtalo con todas tus fuerzas y tíralo a 420 kilómetros de altura. ¿Se cayó?

Si lo hiciste bien, es posible que lo encuentres saludando a los astronautas en la Estación Espacial Internacional, que también orbita la Tierra a 420 kilómetros de altura.

Si asumimos que lo hizo bien, significaría primero que el objeto alcanzó una altitud de 420 kilómetros, segundo, tenía una trayectoria curva y tercero, que tenía suficiente velocidad, lo que significa que estaba en el velocidad orbital Se requiere que orbite la Tierra a 420 kilómetros de altura.

Si marcó en verde los tres requisitos, el objeto nunca regresará y seguirá cayendo bajo la gravedad de la Tierra, lo que significa que comenzaría a orbitar la Tierra.

Puede parecer un poco contradictorio, pero piénselo un poco.

La velocidad orbital de un objeto para que orbite la Tierra está dada por:

$$V_0 = \sqrt{\frac{GM_{e}}{R}}$$

Aquí, $G$ nuevamente es la constante gravitacional, $M_{e}$ es la masa de la Tierra y $R$ es la distancia entre el centro de la Tierra y el objeto, podemos obtener la velocidad orbital requerida para orbitar el Sol. simplemente reemplazándolo con una masa del Sol, la distancia.

Y sí, una órbita es simplemente el camino que sigue ese objeto cuando sigue cayendo hacia el objeto central pero no llega a la superficie porque su camino es curvo.

Los planetas y todos los demás objetos que giran alrededor del Sol tienen las velocidades orbitales requeridas, es decir, mientras son atraídos hacia el Sol, también se mueven lateralmente lo suficientemente rápido como para evitar que caigan hacia el Sol.

Pero, para empezar, ¿cómo obtienen los planetas sus velocidades?

¿De dónde obtienen los planetas su velocidad inicial?

Para responder a eso tenemos que profundizar en la “formación planetaria”.

La teoría más aceptada sobre la formación del Sol y los planetas es que comenzó cuando una gigantesca nube molecular de gas comenzó a colapsar bajo su gravedad.

Para cualquier sistema estelar del universo, la estrella es la primera en nacer, razón por la cual (idealmente ocupará la mayor parte de la masa) será la más masiva de ese sistema.

Hay Medio interestelar (ISM) o simplemente nubes de gas, distribuidas de manera no uniforme por todo el universo.

Cada vez que hay una mayor densidad de estas nubes en una región del espacio, debido a la gravedad de ese grupo de nubes en esa región, comienza a contraerse y a recolectar más y más masa o gas de los alrededores.

A medida que la nube de gas se contrae, comienza a girar debido a la conservación del momento angular.

El momento angular describe el movimiento de rotación de un objeto alrededor de un eje, es el producto de su velocidad de rotación y su tamaño, lo que implica que a medida que un objeto se contrae, su velocidad de rotación debe aumentar.

Esta colección pronto se vuelve tan grande que la gravedad del grupo comienza a comprimir su masa en un punto y, finalmente, comienza a calentarse debido a la colisión entre las moléculas de gas que se contraen.

Esto conduce a la formación de estrellas, después de que en la estrella se forma algún resto de masa en el vecindario aquí y allá, conduce a la formación de planetas y asteroides, todos con diferentes velocidades de rotación.

Cualquier objeto que no tuviera suficiente velocidad ya se había estrellado contra el Sol.

Más sobre la verdadera naturaleza de la gravedad: en realidad no es una fuerza

Hasta ahora, la explicación de las órbitas se basaba en las leyes clásicas de la física utilizando las leyes del movimiento y la gravedad de Newton.

Según la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein, los objetos masivos no atraen a otros objetos hacia ellos, es decir, la gravedad no es realmente una fuerza.

Los objetos masivos distorsionan la estructura del espacio-tiempo de tal manera que el objeto que se suponía que iba a seguir una línea recta para siempre en una dirección particular, parece estar dando una vuelta alrededor de ese objeto.

¿Qué significa eso?

Einstein propuso que el espacio y el tiempo no son independientes sino que están interconectados entre sí y que la densidad de masa y energía de una región define la curvatura del tejido espacio-temporal.

Debido a la inercia de un objeto, éste tiende a no seguir una línea recta en nuestra perspectiva sino que simplemente se mueve a lo largo de la curvatura espacio-temporal.

Imagínese una hormiga caminando sobre el papel, recorriendo un camino recto sobre él.

Ahora dobla un poco ese papel. Para la hormiga, todavía camina por un camino recto, pero para ti, se mueve por un camino curvo.

Ahora, dobla el papel de tal forma que quede unido de punta a punta. ¿Lo que sucederá?

La hormiga ahora camina por un camino circular sin necesidad de desviarse de la línea recta que ha estado siguiendo.

Así funcionan las órbitas en la Relatividad General.

Y resulta bastante peculiar que ningún objeto siga un camino recto en su perspectiva a menos que no esté bajo la influencia de ninguna otra fuerza, pero sigue el camino más corto dada la curvatura del espacio-tiempo.

A ese camino lo llamamos geodésico, y estos caminos son las trayectorias naturales que tomarían los objetos en ausencia de otras fuerzas.

Entonces tienes un cuerpo masivo que curva el espacio-tiempo a su alrededor, para cualquier otro objeto en sus proximidades, el camino que toma mientras viaja desde cualquier punto A a B será el más corto y recto para ese objeto, aunque para ti como observador, no parecerá una línea recta.