Para analizar el concepto de campo gravitatorio, primero debemos comprender qué es la gravitación o gravedad: se trata de la atracción de los cuerpos de acuerdo a su masa (la magnitud física que se encarga de reflejar la cantidad de materia del cuerpo).
Esta gravitación se produce por la acción de la fuerza de gravedad, una fuerza que el planeta Tierra ejerce sobre los cuerpos hacia su centro. Al sector del espacio en cuyos puntos se define el nivel de intensidad que tiene la fuerza de gravedad se lo conoce como campo gravitatorio.
Este es un campo de fuerzas que tiene la capacidad de representar la gravitación. Supongamos que, en un espacio X, se ubica una masa R. Esta masa, por la ley de gravedad, generará una cierta situación física: el campo gravitatorio. En cuanto a la intensidad del campo gravitatorio, puede ser medida de acuerdo a la aceleración gravitacional que adquiere el cuerpo en este campo.
Es importante resaltar que el espacio que se encuentra alrededor de la masa R antes mencionada tiene características diferentes según esté o no presente la masa: en este contexto, decimos que su presencia genera un campo gravitatorio. Del mismo modo, si acercásemos otra masa a la primera, podríamos apreciar una cierta interacción entre ambas.
Claro que no se puede asegurar la existencia de este campo alrededor de la primera masa más allá del ámbito de la especulación, porque solamente podemos apreciar el campo gravitatorio una vez que acercamos la segunda masa, la cual se denomina de prueba o testigo.
Un cuerpo, ubicado en un punto cualquiera del espacio, produce un campo gravitatorio que resulta idéntico al cociente existente entre la fuerza de atracción gravitatoria que el elemento en cuestión ejerce sobre una masa testigo que se encuentra en el lugar y el valor de la misma masa testigo.
La manera de entender el campo gravitatorio varía según la teoría científica. Para la física relativista, es un campo tensorial de segundo orden. En cambio, la física newtoniana considera al campo gravitatorio como un campo vectorial. De acuerdo a una u otra postura, el campo será útil para resolver diferentes problemas.
Precisamente, las necesidades de cada problema afectan de forma directa la forma en la que tratemos el campo gravitatorio. Como se indica en el párrafo anterior, de acuerdo con la física newtoniana, se debe representar por un campo vectorial, es decir, una expresión que asocia a cada punto un vector (una magnitud física que se compone de una longitud y una dirección).
Uno de los conceptos necesarios para comprender el campo vectorial es el de líneas de campo, las cuales sirven para mejorar la visualización de un campo vectorial estático, ya sea magnético o electrostático, entre otras opciones. En pocas palabras, el uso de estas líneas ayuda a generar un mapa del campo gravitatorio y de su aspecto podemos decir que son abiertas.
Para la física newtoniana, la definición de campo gravitatorio es la fuerza que experimenta una partícula determinada si se encuentra ante una distribución de masa, tomando en cuenta la unidad de masa como referencia para el cálculo. Esto nos lleva a concluir que tiene las dimensiones propias de una aceleración; sin embargo, los científicos normalmente expresan su intensidad en newtons por kilogramo.
Entendemos por campo tensorial, forma en la que la física relativista representa el campo gravitatorio, a uno en el cual se asocie a cada punto del espacio un tensor (una entidad algebraica que tiene más de un componente, usado para la generalización de la matriz, el vector y el escalar de forma tal que no dependan de un sistema de coordenadas).
