Az univerzumban minden mozgásban van. Holdok pályája bolygók, amelyek viszont csillagok. A galaxisokban millió és millió csillag kering körül, és nagyon nagy léptékben a galaxisok óriási klaszterekben keringnek. Naprendszer-skálán észrevehetjük, hogy a legtöbb pálya nagyrészt elliptikus (egyfajta ellapult kör). A csillagokhoz és bolygókhoz közelebb lévő objektumok keringnek gyorsabban, míg a távolabbiak keringnek hosszabban.
Sokáig tartott, amíg az égbolt-megfigyelők kitalálták ezeket a mozgásokat, és egy reneszánsz zseni munkájának köszönhetően tudunk róluk. Johannes Kepler (akik 1571 és 1630 között éltek). Nagyon kíváncsian és az ég felé nézett az égbolton látszólag vándorló bolygók mozgásának magyarázatára.
Kepler német csillagász és matematikus volt, akinek gondolatai alapvetően megváltoztatták a bolygómozgás megértését. Leghíresebb munkája abból fakad, hogy dán csillagász alkalmazott Tycho Brahe (1546-1601). 1599-ben Prágában telepedett le (akkor a Rudolf német császár udvarának helyén volt) és udvar csillagász lett. Ott felvette Kepler, aki matematikai zseni volt, a számítások elvégzésére.
Kepler már jóval azelőtt, hogy találkozott Tychóval, csillagászatot tanult; kedvelte a kopernikuszi világnézetét, amely szerint a bolygók keringtek a Napon. Kepler levelezett Galileóval az észrevételei és következtetései kapcsán is.
Végül, munkája alapján, Kepler számos csillagászatot írt, beleértve Astronomia Nova, Harmonices Mundiés Kopernikai csillagászat epitómája. Megfigyelései és számításai inspirálták a csillagászok későbbi generációit, hogy elméleteikre építhessenek. Az optika problémáival is foglalkozott, különösképpen kitalálta a töréses távcső jobb változatát. Kepler mélyen vallásos ember volt, és az életében egy bizonyos időszakra is hitt az asztrológia egyes irányelveiben.
Tycho Brahe Kepler-t bízta meg azzal a megfigyeléssel, amelyet Tycho tett a Mars bolygóról. Ezek a megfigyelések tartalmaztak néhány nagyon pontos mérést a bolygó helyzetéről, amely nem értett egyet sem Ptolemaiosz méréseivel, sem Kopernikusz megállapításaival. Az összes bolygó közül a Mars előrejelzett helyzetében volt a legnagyobb hiba, ezért a legnagyobb problémát jelentette. Tycho adatai a rendelkezésre álló legjobb adatok voltak a távcső feltalálása előtt. Miközben fizette Keplernek a segítségét, Brahe féltékenyen őrizte adatait, és Kepler gyakran küzdött a munkájához szükséges adatok megszerzése érdekében.
Amikor Tycho meghalt, Kepler beszerezte Brahe megfigyelési adatait, és megpróbálta kitalálni, hogy mit gondoltak. Ugyanebben az évben 1609-ben Galileo Galilei először az ég felé fordította távcsövét, Kepler ránézett egy pillantásra arra, hogy mit gondol, mi lehet a válasz. Tycho megfigyeléseinek pontossága elegendő volt ahhoz, hogy Kepler megmutathassa, hogy a Mars pályája pontosan illeszkedik egy ellipszis alakjára (egy hosszúkás, majdnem tojás alakú kör alakjára).
Felismerése először Johannes Keplerből tudta meg, hogy a Naprendszerünk bolygói ellipszisben, nem pedig körben mozognak. Folytatta kutatásait, végül kifejlesztette a bolygómozgás három alapelvét. Ezeket Kepler törvényeinek nevezték el, és forradalmasították a bolygócsillagászatot. Sok évvel Kepler után Sir Isaac Newton bebizonyította, hogy mind a három Kepler-törvény a gravitációs és fizikai törvények közvetlen eredménye, amelyek a különféle hatalmas testek közötti munkaerőt szabályozzák. Mi tehát a Kepler törvényei? Itt egy rövid áttekintés róluk, a terminológia segítségével, amelyet a tudósok használnak az orbitális mozgások leírására.
Kepler első törvénye kimondja, hogy "az összes bolygó elliptikus pályán mozog, ha a Nap egy fókuszban, a másik fókusz üres." Ez igaz a Napot keringő üstökösökre is. A Föld műholdainak felhasználásával a Föld középpontja az egyik fókuszává válik, a másik fókusza pedig üres.
Kepler második törvényét a területek törvényének hívják. Ez a törvény kimondja, hogy "a bolygót a Naphoz összekötő vonal egyenlő területeken siet át azonos időközönként". A törvény megértéséhez gondoljon arra, mikor fut egy műholda. Egy képzeletbeli vonal, amely hozzákapcsolódik a Földhöz, egyenlő időtartamon át egyenletes területeken söpör. Az AB és a CD szegmensek fedése azonos időtartamú. Ezért a műholdas sebessége megváltozik, attól függően, hogy milyen távolságra van a Föld középpontjától. A sebesség a legnagyobb a földhöz legközelebbi pályán, az úgynevezett perigee ponton, és a leglassabb a földtől legtávolabbi ponton, az úgynevezett apogee. Fontos megjegyezni, hogy a műhold által követett pálya nem függ a tömegétől.
Kepler 3. törvényét periódusok törvényének hívják. Ez a törvény összekapcsolja azt az időt, amely ahhoz szükséges, hogy egy bolygó egy teljes utazást megkapjon a Nap körül, és az átlagos távolsága a Naptól. A törvény kimondja, hogy "bármely bolygó esetében a forradalmi periódus négyzete egyenesen arányos a Naptól mért átlagos távolság kockájával". A Föld műholdaira alkalmazva, Kepler 3. törvénye elmagyarázza, hogy minél távolabb van egy műhold a Földtől, minél hosszabb ideig tart egy pálya kitöltése, annál nagyobb a távolság, ameddig a pályára halad, és annál lassabb az átlagos sebessége. lenni. Egy másik módja annak, hogy erre gondoljunk, hogy a műholdak a leggyorsabban mozognak, amikor a földhez legközelebb vannak, és lassabban, ha távolabb vannak.