Unter einem Gravitationsfeld versteht man den besonderen Zustand des Raumes um einen massebehafteten Körper. In einem Gravitationsfeld werden auf andere Körper Gravitationskräfte ausgeübt.
Veranschaulichung
von Gravitationsfeldern
Veranschaulichen kann man sich ein Gravitationsfeld
ähnlich wie ein elektrisches oder ein magnetisches Feld durch ein
Feldlinienbild (Bild 1).
Betrachtet man einen isolierten Körper, z.B. einen Planeten, so ist
das Gravitationsfeld eines solches Körpers näherungsweise ein
Radialfeld. Befindet sich ein
anderer Körper im Gravitationsfeld, so wird auf ihn eine Gravitationskraft
in Richtung des Massenmittelpunktes des felderzeugenden Körpers ausgeübt.
Der Betrag der Kraft ergibt sich aus dem Gravitationsgesetz. Die Richtung
der Kraft wird auch als Richtung der Feldlinien des Gravitationsfeldes
vereinbart.
Eine zweite Möglichkeit der Veranschaulichung
besteht darin, statt der Feldlinien Linien gleichen Potenzials, sogenannte
Äquipotenziallinien,
zu zeichnen (Bild 1). Das sind Linien, auf denen ein Körper ein bestimmtes
Potenzial bzw. eine bestimmte
potenzielle Energie
hat. Die Äquipotenziallinien stehen senkrecht auf den Feldlinien,
bilden also um einen kugelförmigen Körper in der ebenen Darstellung
Kreise und in der räumlichen Darstellung Kugelschalen (Äquipotenzialflächen).
Quantitative
Beschreibung von Gravitationsfeldern
Die quantitative Beschreibung eines Gravitationsfeldes kann mithilfe der
Gravitationsfeldstärke
erfolgen.
Die Gravitationsfeldstärke gibt an, wie groß
die Gravitationskraft auf einen Probekörper im Gravitationsfeld ist.
Formelzeichen: g
Einheit: ein Newton durch Kilogramm 
Beträgt die Masse des felderzeugenden Körpers M
und die des Probekörpers im Gravitationsfeld m,
so kann die Gravitationsfeldstärke berechnet werden mit der Gleichung:
Für die Erde wird die Gravitationsfeldstärke g
auch als Ortsfaktor oder als
Fallbeschleunigung
(bei der Erde auch als Erdbeschleunigung) bezeichnet. Aus der zuletzt
genannten Gleichung ist erkennbar, dass die Gravitationsfeldstärke
von der Masse des felderzeugenden Körpers und vom Abstand von diesem
Körper abhängig ist. Die zuletzt genannte Abhängigkeit
ist in Bild 2 dargestellt. Bereits in einer Entfernung von
beträgt die Gravitationsfeldstärke nur noch die Hälfte
des Wertes, den die auf der Oberfläche des felderzeugenden Körpers
hat. In sehr großer Entfernung vom felderzeugenden Körper wird
die Gravitationsfeldstärke vernachlässigbar klein, erreicht
aber nicht den Wert null.
Ausbreitung von
Gravitationswirkungen
Es war lange Zeit unklar, wie sich Gravitationswirkungen durch den Raum
hindurch ausbreiten. Die Fernwirkungstheorie
geht davon aus, dass sich Gravitationswirkungen durch den Raum hindurch
mit unendlich großer Geschwindigkeit ausbreiten, die Wirkungen also
unmittelbar zwischen Körpers auftreten. Im Unterschied dazu geht
die Nahwirkungstheorie
davon aus, dass sich ein Körper im Gravitationsfeld eines anderen
befindet und der Körper durch das Feld, in dem er sich befindet,
beeinflusst wird. Durchgesetzt hat sich die Nahwirkungstheorie oder Feldtheorie,
bei der davon ausgegangen wird, dass sich Gravitationswirkungen im Feld
mit Lichtgeschwindigkeit
ausbreiten. Das ist eine wesentliche Erkenntnis der allgemeinen Relativitätstheorie
von ALBERT EINSTEIN (1879-1955).
Die von ihm vorhergesagten Gravitationswellen
konnten bisher nur indirekt bei einem Doppel-Pulsar nachgewiesen werden.
Pulsare sind Neutronensterne
mit starker Radiostrahlung
und wurden erst 1967 entdeckt.