Nu sunt sigur dacă căutați un răspuns mai matematic sau doar „de ce”, dar pentru a răspunde la „de ce”, voi începe cu puțină istorie în acest sens.

Toată lumea care a elaborat un model pentru Sistemul Solar, de la Aristotel la Copernic, a apreciat cercurile. Chiar dacă Copernicus a argumentat corect că Pământul se mișcă în jurul Soarelui și nu Soarele în jurul Pământului, el a continuat să folosească cercurile în modelele sale de mișcare a planetelor.

După Copernic, Tycho Brahe, finanțat de regele Danemarcei, a avut cel mai bun echipament din acea vreme pentru a observa mișcarea stelelor și a planetelor și a reușit să realizeze hărți stelare de zece ori mai precise decât oricine altcineva înaintea lui. Brahe a folosit echipamente precum acest cadran mural și un mare observator privat pentru a face înregistrări extrem de precise.

Kepler, care era un matematician mai bun decât Brahe, a vrut cu disperare să pună mâna pe hărțile stelare ale lui Brahe și să folosească observatorul și echipamentul acestuia (atât de mult încât, atunci când Brahe a murit, au existat zvonuri că Kepler l-ar fi otrăvit, deși probabil că acest lucru nu s-a întâmplat). Când, în sfârșit, Kepler a avut totul la dispoziție, a putut să rezolve lucrurile și să studieze sistemul solar cu mai multă acuratețe. Cu toate acestea, el tot nu știa de ce planetele se mișcau în elipse; el doar își dăduse seama că elipsele se potriveau atât de bine cu mișcarea încât aproape sigur trebuia să fie adevărat, dar nu avea nicio idee de ce.

Kepler, de fapt, nu-i păsa de elipse. Îi plăceau mai mult cercurile, dar nu putea nega faptul că elipsele funcționau. Sursa.

Nimeni nu a știut de ce planetele se mișcă în elipse până când lui Isaac Newton i s-a pus această întrebare și a trebuit să inventeze calculul pentru a răspunde la ea. Calculul explică de ce planetele orbitează în elipse, iar acesta este adevăratul răspuns.

Dacă „calculul” nu este un răspuns satisfăcător, o modalitate de a explica într-un fel ar fi să arunci un bănuț dintr-o navetă spațială (ceea ce nu este o idee bună, dar să spunem că o faci). Pe măsură ce bănuțul cade spre Pământ, cade din ce în ce mai repede (dacă ignorăm rezistența aerului) până când atinge pământul.

Acum, dacă arunci bănuțul din naveta spațială cu o viteză mult mai mare și sub un unghi diferit, astfel încât să ajungă doar în apropierea Pământului și să rateze planeta, ar începe de fapt să orbiteze în jurul Pământului. Ar cădea din ce în ce mai repede până când ar trece pe lângă Pământ, iar apoi, ca și cum ai trage un glonț în aer, bănuțul va încetini pe măsură ce zboară pe lângă Pământ.

Conform celei de-a doua legi a lui Kepler, cea mai mare viteză a bănuțului este în punctul cel mai apropiat de Pământ (perigeul). Acesta este, în esență, modul în care funcționează obiectele aflate pe orbite: pe măsură ce se apropie de corpul pe care îl orbitează, ele accelerează din ce în ce mai repede. Penny-ul nostru va deveni atât de rapid încât, odată ce va ajunge în jurul planetei, va fi aruncat foarte departe, ceea ce îl va încetini. Aceasta este ceea ce creează o orbită eliptică.

Mișcarea sa este ca un arc, căzând spre planetă și apoi zburând, dar în același timp, orbitează într-o mișcare circulară cu mișcarea arcului, cu 1 perioadă pe orbită. Această mișcare de apropiere și apoi de îndepărtare în fiecare orbită formează o elipsă.

Acesta are cel mai mult sens dacă vă gândiți că viteza este cea mai mare în punctul cel mai apropiat și cea mai mică în punctul cel mai îndepărtat. Viteza mică îl deplasează mai aproape, în timp ce viteza mare îl deplasează înapoi mai departe. Energia totală a obiectului pe orbită (energia cinetică plus energia potențială) rămâne constantă.