В начале XVII в. немецкий ученый Иоганн Кеплер дал общую картину движения планет и установил форму их орбит. Но для него оставалось загадкой, какая сила определяет такое движение планет.
Кеплер сравнивал Солнце с гигантским магнитом и склонялся к мысли, что планеты движутся по своим орбитам под влиянием магнитного действия Солнца. По этому поводу различные предположения высказывали и другие ученые. Выяснение силы, управляющей движением планет, принадлежит Ньютону. Он это сделал, использовав закон инерции и законы Кеплера (см. стр. 33).
По закону инерции всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока какая-то сила не выведет его из этого состояния. После продолжительных исследований Ньютон пришел к выводу, что движением планет управляет сила тяготения, действующая обратно пропорционально квадрату расстояния. Это значит, что если бы, например, расстояние между Землей и Луной увеличилось в два раза, то сила тяготения между ними уменьшилась бы в два в квадрате раза (22 = 2х2), т. е. в четыре раза; с увеличением расстояния в три раза сила тяготения уменьшилась бы в три в квадрате раза (32 = 3х3), т. е. в девять раз, и т. д.
Это положение Ньютон обосновал не только путем теоретических расчетов, но и посредством сравнений с результатами опытов. Известно, что свободно падающее тело (например, тело, падающее в длинной стеклянной трубке, из которой выкачан воздух) у самой земной поверхности за первую секунду проходит 4,9 м. Луна, как было уже известно Ньютону, находится от центра земного шара на расстоянии 60 земных радиусов, т. е. в 60 раз дальше, чем тело, находящееся на земной поверхности. Поэтому, свободно падая по направлению к Земле, Луна должна проходить в первую секунду не 4,9 м, а в шестьдесят в квадрате раз (602 = 3600) меньшее расстояние, т. е. 1,36 мм. Следовательно, Луна, по теории Ньютона, должна была бы падать по направлению к Земле, проходя в первую секунду путь, равный приблизительно 1,36 мм.
Таким образом, Ньютон нашел, что сила земного притяжения действительно смещает Луну с ее прямолинейного пути (пути движения по инерции) за каждую секунду на 1,36 мм. Он нашел, что эти два движения (одно — под действием силы тяготения к Земле, другое — по инерции) складываются и в результате дают криволинейное движение Луны вокруг Земли. Луна, пишет Ньютон, тяготеет к Земле и силой тяготения постоянно отклоняется от прямолинейного движения, удерживаясь на своей орбите.