Мы знаем, что в нашем трехмерном пространстве сила гравитации падает с квадратом расстояния. Можно легко убедиться, что в двухмерном (на плоскости) сила гравитации лежащего на этой плоскости предмета падает не с квадратом, а просто с расстоянием. Дальше больше. В одномерном (на прямой) сила гравитации вообще не падает. Т.е. если у нас есть одномерная вселенная, и мы поместили в нее какой–то объект, он будет гравитировать СРАЗУ НА ВСЮ эту вселенную, на бесконечность в обе стороны от этого предмета и такая вселенная тут же схлопнется. А значит такая вселенная не может существовать (в смысле в ней ничего не может существовать).
С другой стороны, в четырехмерном пространстве сила гравитации будет убывать согласно кубу расстояния, и в такой вселенной будут невозможны циклические орбиты. Они оказываются неустойчивыми, и там ничего вокруг чего–то не может вращаться, так что никаких звезд и планет в этой вселенной не получится. Кстати, в двухмерной то же самое. Нам сильно повезло с трехмерным пространством...
Многие из нас, глядя на ночное небо, задавались вопросом: почему Луна не падает на Землю? Ведь наша планета притягивает к себе все, проходящие слишком близко, объекты — от пылинок до астероидов. Что же удерживает Луну на безопасном расстоянии?
На самом деле Луна все же падает на Землю. Однако благодаря своей огромной орбитальной скорости — более 3 682 километров в час — она постоянно "промахивается" мимо нашей планеты. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, эта скорость напрямую зависит от массы Земли и расстояния до нее. Чем ближе объект к Земле, тем быстрее он должен двигаться, чтобы оставаться на орбите. Чем дальше — тем медленнее может быть его движение. Например, Международная космическая станция летает низко над Землей (около 400 километров), поэтому она двигается со скоростью около 27 600 километров в час, чтобы продолжать "промахиваться" и оставаться на стабильной орбите.
При этом важно понимать, что система Земля-Луна — это не статичная конструкция, а динамическое взаимодействие двух тел. Земля и Луна непрерывно влияют друг на друга, хотя влияние Луны меньше из-за разницы в массах. Более того, под действием приливных сил Луна постепенно удаляется от Земли в среднем на 3,8 сантиметра в год.
Орбита нашего спутника имеет форму эллипса. Поэтому расстояние между Землей и Луной меняется от ~363 до ~405 тысяч километров в течение каждого оборота. При этом скорость движения Луны тоже не остается постоянной — она увеличивается при приближении к Земле и уменьшается при удалении от нее, подчиняясь законам Кеплера.
Этот же принцип действует и в масштабах всей Солнечной системы. Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца по тому же закону. Наша планета движется по орбите со средней скоростью около 107 200 километров в час — именно такая скорость необходима, чтобы оставаться на орбите вокруг Солнца на расстоянии одной астрономической единицы (~150 миллионов километров). А Плутон, находясь значительно дальше от Солнца, движется со средней скоростью 16 809 километров в час — это прекрасно иллюстрирует, как орбитальная скорость уменьшается с увеличением расстояния от центрального (доминирующего) тела.
В масштабах Вселенной этот баланс между движением и притяжением создает удивительно устойчивые системы. Именно благодаря этому существуют галактики, звездные и планетные системы, включая нашу Солнечную систему.
