Inte säker på om du letar efter ett mer matematiskt svar eller bara ”varför”, men för att svara på varför ska jag börja med lite historia om detta.

Alla som utarbetade en modell för solsystemet, från Aristoteles till Copernicus, gillade cirklar. Även om Copernicus korrekt resonerade att jorden rörde sig runt solen och inte solen runt jorden, fortsatte han att använda cirklar i sina modeller för planeternas rörelse.

Efter Kopernikus hade Tycho Brahe, som finansierades av kungen av Danmark, den bästa utrustningen vid den tiden för att observera stjärnornas och planeternas rörelse och han kunde göra stjärnkartor som var tio gånger så exakta som någon annan före honom. Brahe använde utrustning som denna muralkvadrant och ett stort privat observatorium för att göra extremt noggranna registreringar.

Kepler, som var en bättre matematiker än Brahe, ville desperat få tag på Brahes stjärnkartor och använda hans observatorium och utrustning (så mycket att när Brahe dog ryktades det att Kepler hade förgiftat honom, även om det troligen inte hände). När Kepler äntligen hade allt till sitt förfogande kunde han reda ut saker och ting och studera solsystemet mer noggrant. Han visste dock fortfarande inte varför planeterna rörde sig i ellipser; han hade bara räknat ut att ellipserna passade så bra till rörelsen att det nästan säkert måste vara sant, men han hade ingen aning om varför.

Kepler brydde sig faktiskt inte om ellipser. Han gillade cirklar bättre, men han kunde inte förneka att ellipser fungerade. Källa.

Ingen visste varför planeterna rörde sig i ellipser förrän Isaac Newton fick den frågan och var tvungen att uppfinna kalkylen för att besvara den. Kalkyl förklarar varför planeter kretsar i ellipser, och det är det verkliga svaret.

Om ”kalkyl” inte är ett tillfredsställande svar skulle ett sätt att förklara det vara att kasta ut en slant från en rymdfärja (vilket inte är en bra idé, men låt oss säga att du gör det). När pennan faller mot jorden faller den allt snabbare (om vi bortser från luftmotståndet) tills den träffar marken.

Om du nu kastar ut pennan från rymdfärjan med mycket högre hastighet och i en annan vinkel, så att den bara kommer nära jorden och missar planeten, skulle den faktiskt börja kretsa kring jorden. Den skulle falla snabbare och snabbare tills den passerar jorden, och sedan, precis som när man skjuter en kula i luften, kommer pennan att sakta ner när den flyger förbi jorden.

Enligt Keplers andra lag har pennyntet sin snabbaste hastighet vid den punkt som ligger närmast jorden (perigeum). Det är i huvudsak så som objekt i banor fungerar: när de rör sig närmare den kropp som de kretsar kring accelererar de allt snabbare. Vår penny kommer att bli så snabb att den, när den väl kommer runt planeten, kommer att slungas väldigt långt bort, vilket då kommer att sakta ner den. Det är detta som skapar en elliptisk bana.

Dess rörelse är som en fjäder, den faller mot planeten för att sedan flyga iväg, men samtidigt kretsar den i en cirkelrörelse med fjäderrörelsen, med 1 period per omloppsbana. Denna rörelse som går närmare och sedan längre i varje omloppsbana bildar en ellips.

Det är mest logiskt om man tänker sig att hastigheten är störst vid den närmaste punkten och lägst vid den längst bort. Den låga hastigheten förflyttar den närmare medan den höga hastigheten förflyttar den längre ut igen. Den totala energin hos objektet i omloppsbana (kinetisk energi plus potentiell energi) förblir konstant.