太陽系の惑星は、太陽を中心に、きれいな円軌道を描いてまわっています。
実はこの円軌道、それほど単純な丸ではなく、現実には円を伸ばしたような楕円を描いています。
では、どうして円が伸びるのでしょうか？
まず、完全な円軌道を描くには、軌道を回る惑星の質量、速度、恒星からの距離が、恒星の重力の影響に正確に一致する必要があります。
しかし、太陽系の惑星は、時間がたつにつれて重力の相互作用によって、それらの微妙なバランスが変化して円軌道を保てなくなったようです。
以下に、なぜ太陽系の惑星が円ではなく、楕円形を描いてまわっているのかについて分かりやすく紹介します。
軌道が円からずれる
惑星が楕円の軌道をまわるのは、少し難しい言葉でいうと、惑星が持つ軌道の離心率によります。
楕円は、左右対称の閉じた円です。
楕円には焦点と呼ばれる2つの点があり、これが楕円の中心となります。
また、この楕円には、離心率という重要な性質があります。
簡単に言えば、離心率は楕円が真の円形からどれだけずれているかを示すものです。
数学的には、離心率の値は0から1の間で変化し、0は円を表し、1は放物線と呼ばれる別の形になります。
惑星の場合、軌道の離心率が1を超えると、惑星はもはや恒星の軌道に入らなくなり、その重力の影響から「脱出」していきます。
さて、太陽系の惑星はどの程度の楕円軌道を描いているのでしょうか？
太陽系の離心率とは
専門的に言えば、それぞれの惑星の軌道の離心率はどれくらいなのでしょうか？
見ての通り、ほとんどの惑星の軌道はあまり楕円ではないことがよくわかります。
離心率
水星 0.206
金星 0.007
地球 0.017
火星 0.093
木星 0.048
土星 0.056
天王星 0.047
海王星 0.009
水星は、他の惑星より比較的楕円に近いです（離心率が高い）が、それでも1より0に近く、つまり（極端な）楕円より円に近いといえます。
ここで、極端な楕円については、ハレー彗星という素晴らしい例があります。
ハレー彗星は離心率約0.97という細長い軌道を描いています。
しかし、なぜ惑星の軌道は完全な円形ではないのでしょうか？
その答えは、歴史をさかのぼる必要があるそうです。
惑星は完全な円軌道ではないことを発見
プトレマイオスからコペルニクスの時代まで長い間、惑星は完全な円軌道を描いて回っていると広く信じられ、受け入れられてきました。
そこにヨハネス・ケプラーが登場します。
17世紀に彼の影響力のある著書「新天文学」で、ヨハネス・ケプラーは、「惑星の軌道は楕円形である」とし、「惑星は太陽を1つの焦点（中心ではなく少しずれた点）とした楕円の軌道を動く」としました。
ではなぜ楕円なのでしょうか？
なぜ楕円軌道なのか？
円は、惑星体が公転するのに理想的な形状であると考えられてきました。
実際、完全な円軌道もありますが、そのような例ははるかに少ないようです。
なぜなら、完全な円軌道を描くには、軌道を回る惑星の質量、速度、恒星からの距離が、恒星の重力の影響に正確に一致する必要があるからです。
これらのどれかが少しでも変われば、惑星は完全な円軌道を維持できなくなってしまいます。
例えば、恒星や惑星の質量が変化したり、他の天体がその惑星を通り過ぎたりすると、惑星を円軌道に保つ質量、速度、距離の微妙なバランスが崩れ、楕円軌道に変わってしまうのです。
このような現状や惑星間の相互作用にほんの少し手を加えるだけでも、軌道は完全な円から変化します。
ただし、軌道は完全な円形ではありませんが、これらの軌道が楕円よりはまだ円に近いことを覚えておいてください。
楕円軌道は円軌道に比べて衝突しやすい
楕円軌道の惑星は、円軌道の惑星に比べてトラブルに見舞われやすいのです。
それはなぜでしょうか？
学校で習う惑星モデルは、円形の軌道をたどる惑星で構成されているため、惑星同士が互いの軌道を横切ることなく自然にすれ違います。
しかし、惑星がさまざまな離心率を持つ楕円に近い形の軌道を持つ場合、それらの軌道は、互いに交差したり、衝突したりする可能性が高くなります。
衝突の余波としては、いくつかのことが起こりうるでしょう。
ひとつは、衝突した天体の両方が、衝突後に壊れてばらばらになってしまうことです。
あるいは、単に合体して一つの大きな天体になる可能性もあります。
実際に、多くの天文学者は、このような活動は何十億年もの間、太陽系で起こってきたと考えています。
太陽が誕生して以来、太陽系には他にも惑星がありましたが、このような衝突や衝撃に耐え、残ったのが現在の8つの惑星で、それぞれのほぼ円形の軌道は、生存のために役立ってきたのかもしれないのです。
惑星が円軌道ではなく、楕円軌道をえがく理由については以下の動画で確認できます。