抬头仰望星空时，我们总会默认行星在循着固定的轨迹绕太阳运转，却很少思考这些轨迹为何不是完美的圆形。事实上，无论是地球围绕太阳的公转，还是火星在宇宙中的穿行，所有行星的轨道都是椭圆形的，这背后藏着宇宙运行的基本法则，而行星轨道为什么是椭圆的答案，早在四百多年前就被一位天文学家揭开了序幕。
17 世纪初，德国天文学家开普勒接过了丹麦天文学家第谷・布拉赫留下的海量观测数据。在此之前，人们一直坚信行星沿着圆形轨道运动，毕竟在当时的认知里，“完美的宇宙” 理应搭配完美的圆形。但开普勒在研究火星轨道时发现，无论如何调整圆形轨道的参数，计算结果都与第谷的观测数据存在偏差。经过四年近七十次的反复推算，他终于放弃了圆形轨道的固有认知，提出了一个大胆的结论：行星的轨道是一个以太阳为焦点之一的椭圆。这一发现后来被称为开普勒第一定律，彻底颠覆了当时的天文学观念。
那么，是什么力量让行星乖乖沿着椭圆轨道运行呢？这就不得不提到牛顿提出的万有引力定律。太阳凭借其巨大的质量，对周围的行星产生强大的引力，就像一只无形的手牢牢 “拉着” 行星。但行星自身也在运动中拥有惯性，这种惯性会让它试图沿着直线飞离太阳。当引力的 “拉力” 与惯性的 “离心力” 达到平衡时，行星就进入了绕日公转的状态。不过这种平衡并非绝对对称，就像两个人拉着绳子转圈，力气和速度的细微差异会让轨迹偏向椭圆，而不是正圆。
行星轨道呈现椭圆形的更深层原因，在于能量和角动量的守恒规律。行星在绕太阳运动的过程中，总能量始终保持不变，这种能量分为动能和引力势能。当行星靠近太阳时，引力势能减小，动能就会相应增加，使得行星运动速度加快；而当行星远离太阳时，引力势能增加，动能则随之减小，速度也会变慢。角动量同样是守恒的，它与行星的质量、速度以及到太阳的距离相关，这就导致行星在椭圆轨道上不同位置的运动状态呈现出明显差异。开普勒第二定律所描述的 “太阳和行星的连线在相等时间内扫过相等面积”，正是角动量守恒的直观体现。
想要形成正圆形轨道，需要满足极为苛刻的条件：行星必须在特定的位置以精确的速度运行，并且不能受到任何外力干扰。但在复杂的太阳系中，这样的理想状态几乎不可能实现。木星、土星等巨行星的引力会对其他行星产生 “摄动”，就像在行驶的车流中被旁边的车辆轻微碰撞，轨道自然会发生偏移。此外，星际物质的阻力、太阳系形成初期的残留引力等因素，都会打破正圆轨道所需的平衡，最终让行星轨道呈现出椭圆形。
以地球为例，我们所处的轨道就是一个偏心率较小的椭圆，太阳位于其中一个焦点上。地球在近日点时与太阳的距离约为 1.47 亿公里，运行速度达到 30.3 公里 / 秒；而到了远日点，距离增加到 1.52 亿公里，速度则减慢至 29.3 公里 / 秒。虽然这种差异看起来不大，但却直接影响了地球不同季节的长度，比如北半球的冬季比夏季略短几天，这正是椭圆轨道带来的微妙影响。
在太阳系之外，天文学家发现的系外行星轨道更是展现出多样的椭圆形态。有些行星的轨道偏心率极大，远日点与近日点的距离相差数十倍，这样的行星上会出现剧烈的温度变化，从炙烤到冰封可能只需要半个公转周期。而人造卫星也常常采用高椭圆轨道，这种轨道能让卫星在远地点附近缓慢运行，从而长时间覆盖地球的特定区域，这正是人类对椭圆轨道原理的实际应用。
从开普勒在草稿纸上的反复演算，到牛顿用数学公式精准证明，再到现代天文学的观测验证，人类对行星轨道的认知不断深化。行星轨道为什么是椭圆的答案，最终指向了万有引力、能量守恒与角动量守恒这些宇宙的基本法则，以及太阳系复杂环境的共同作用。这些看似简单的规律，塑造了我们身处的太阳系，也支配着宇宙中无数天体的运动，让浩瀚星空呈现出有序而奇妙的图景。