Materijal za Keplerov zakon
Sjećate li se svoje prve vožnje automobilom (ne kad ste bili beba)? Kad ste bili u automobilu u pokretu, vidjeli ste kao da se drveće ili zgrade kreću. U to vrijeme, možda ste mislili da se drveće ili zgrade kreću, dok ste vi i automobil mirovali. U stvarnosti, vi i automobil ste se kretali, dok su drveće ili zgrade mirovali. To prividno kretanje ili lažno kretanje zapravo doživljavamo svaki dan. Svako jutro sunce "izlazi" na istočnom horizontu, zatim se kreće prema zapadu i "zalazi" na zapadnom horizontu poslijepodne. Slično tome, noću često vidite mjesec kako se kreće s istoka prema zapadu. Jeste li ikada pomislili ili posumnjali da se sunce i mjesec kreću oko Zemlje, dok Zemlja miruje?
Drevni ljudi (rani dio naše ere) također su vjerovali da se Sunce, Mjesec i druga nebeska tijela okreću oko Zemlje, dok Zemlja ostaje nepomična. Drugim riječima, Zemlja se smatrala središtem svemira (geocentrična). Ova pretpostavka temeljila se na ograničenom ljudskom osjetilnom iskustvu, koje je svakodnevno promatralo kretanje Sunca, Mjeseca i zvijezda, dok se Zemlja doživljavala kao nepomična. Slično je kao kada ste u automobilu u pokretu, vidite kao da se drveće ili zgrade kreću. Ovu ideju da je Zemlja središte svemira istražio je i razvio grčki astronom Klaudije Ptolomej (100.-170. godine nove ere) u drugom stoljeću nove ere i vjerovala se u nju sljedećih 1400 godina.
Prema Ptolomeju, Zemlja se nalazi u središtu Sunčevog sustava. Sunce i planeti kruže u kružnici (rotacija), pri čemu središte te kružnice kruži oko Zemlje po kružnoj putanji (revolucija).
Godine 1543. poljski astronom Nikola Kopernik (1473. – 1543.) predložio je heliocentrični model u kojem se Sunce nalazi u središtu Sunčevog sustava. Planeti, uključujući Zemlju, kruže oko kružnice (rotacija), a središte te kružnice kruži oko Sunca po kružnoj putanji (revolucija). Kopernik je imao naprednije razumijevanje od Ptolomeja, smjestivši Sunce u središte Sunčevog sustava. Međutim, Kopernik je i dalje koristio kružnice kao model za planetarne orbite.
Slavni danski astronom Tycho Brahe (1546. – 1601.) bio je posljednji astronom koji je promatrao nebeska tijela samo okom. Nakon promatranja od 1576. do 1599., Tycho Brahe je surađivao s njemačkim astronomom Johannesom Keplerom (1571. – 1630.), koji je također bio matematičar. Kepler je bio Tycho Braheov asistent. Suradnja između Tycha Brahea i Keplera nije dugo trajala jer je Tycho Brahe umro. Nakon Tycho Braheove smrti, Kepler je koristio astronomske podatke koje je dobio njegov učitelj i proveo je dvadesetak godina života stvarajući matematički model kako bi objasnio kretanje planeta.
Keplerovo prvo djelo iz astronomije, Tajne svemira, objavljeno je 1596. U njemu je pokušao pronaći sklad između Kopernikovih planetarnih orbita i opažanja Tycha Brahea. Međutim, Kepler nije uspio pronaći sklad između modela koje su razvili Kopernik i Ptolomej te opažanja Tycha Brahea. Stoga je napustio ptolomejski i kopernikanski model te pokušao pronaći novi model. Godine 1609. Kepler je otkrio da elipsa savršeno odgovara opažanjima Tycha Brahea. Kepler više nije koristio krugove kao oblik orbita nebeskih tijela, već elipse.
Ovaj zakon je Kepler iznio pola stoljeća prije nego što je Isaac Newton iznio svoja tri zakona gibanja i zakon univerzalne gravitacije.
Keplerov prvi zakon
Putanja svakog planeta dok kruži oko Suncai, eliptičnog oblika, gdje se Sunce nalazi u jednom od žarišta.
Keplerov drugi zakon
Zamišljena linija koja spaja Sunce s planetom opisuje jednake površine tijekom jednakih vremenskih intervala.
Keplerov treći zakon
Omjer kvadrata perioda i kuba prosječne udaljenosti planeta od Sunca (T2/r3) je konstantna i njezina vrijednost je ista za sve planete.
