חומר על חוק קפלר
האם אתם זוכרים את הפעם הראשונה שלכם שנסעתם במכונית (לא כשהייתם תינוקות)? כשהייתם במכונית נוסעת, ראיתם כאילו העצים או הבניינים זזים. באותו זמן, אולי חשבתם שהעצים או הבניינים זזים, בזמן שאתם והמכונית הייתם דוממים. במציאות, אתם והמכונית זזתם, בזמן שהעצים או הבניינים היו דוממים. אנו חווים את התנועה לכאורה או התנועה המדומה הזו מדי יום. בכל בוקר השמש "זורחת" באופק המזרחי, ואז נעה מערבה ו"שוקעת" באופק המערבי אחר הצהריים. באופן דומה, בלילה, לעתים קרובות רואים את הירח נע ממזרח למערב. האם אי פעם חשבתם או חשדתם שהשמש והירח נעים סביב כדור הארץ, בזמן שכדור הארץ דומם?
בני אדם קדמונים (תחילת הספירה) האמינו גם כי השמש, הירח וגופים שמימיים אחרים סובבים סביב כדור הארץ, בעוד שכדור הארץ נשאר נייח. במילים אחרות, כדור הארץ נחשב למרכז היקום (גיאוצנטרי). הנחה זו התבססה על חוויה חושית אנושית מוגבלת, אשר צפה מדי יום בשמש, בירח ובכוכבים בתנועה, בעוד שכדור הארץ נתפס כנייח. זה דומה למצב שבו אתה נמצא במכונית נוסעת, כאילו העצים או הבניינים נעים. רעיון זה שכדור הארץ הוא מרכז היקום נחקר ופותח על ידי האסטרונום היווני קלאודיוס תלמי (100-170 לספירה) במאה השנייה לספירה והאמינו בו במשך 1400 השנים הבאות.
על פי תלמי, כדור הארץ נמצא במרכז מערכת השמש. השמש וכוכבי הלכת מקיפים את כדור הארץ במעגל (סיבוב), כאשר מרכז המעגל מקיף את כדור הארץ במסלול מעגלי (סיבוב).
בשנת 1543, האסטרונום הפולני ניקולאוס קופרניקוס (1473–1543) הציע את המודל ההליוצנטרי, לפיו השמש נמצאת במרכז מערכת השמש. כוכבי הלכת, כולל כדור הארץ, מקיפים סביב מעגל (סיבוב), כאשר מרכז המעגל מקיף את השמש במסלול מעגלי (סיבוב). לקופרניקוס הייתה הבנה מתקדמת יותר מזו של תלמי, והוא הציב את השמש במרכז מערכת השמש. עם זאת, קופרניקוס עדיין השתמש במעגלים כמודל למסלולים של כוכבי לכת.
אסטרונום דני מפורסם בשם טיכו ברהה (1546 – 1601) היה האסטרונום האחרון שצפה בעצמים שמימיים באמצעות העין בלבד. לאחר שערך תצפיות בין השנים 1576 ל-1599, טיכו ברהה שיתף פעולה עם אסטרונום גרמני, יוהנס קפלר (1571 – 1630), שהיה גם מתמטיקאי. קפלר היה עוזרו של טיכו ברהה. שיתוף הפעולה בין טיכו ברהה לקפלר לא נמשך זמן רב מכיוון שטיכו ברהה נפטר. לאחר מותו של טיכו ברהה, קפלר השתמש בנתונים האסטרונומיים שהשיג מורו ובילה כעשרים שנה מחייו ביצירת מודל מתמטי כדי להסביר את תנועת כוכבי הלכת.
עבודתו הראשונה של קפלר באסטרונומיה, " תעלומות היקום", פורסמה בשנת 1596. בה ניסה למצוא הרמוניה בין מסלולי כוכבי הלכת של קופרניקוס לבין תצפיותיו של טיכו ברהה. עם זאת, קפלר לא הצליח למצוא הרמוניה בין המודלים שפותחו על ידי קופרניקוס ותלמי לבין תצפיותיו של טיכו ברהה. לכן, הוא נטש את המודלים התלמיים והקופרניקניים וניסה למצוא מודל חדש. בשנת 1609 גילה קפלר שהאליפסה תואמת בצורה מושלמת את תצפיותיו של טיכו ברהה. קפלר כבר לא השתמש בעיגולים כצורת מסלולי הגופים השמימיים, אלא באליפסות.
חוק זה הוצג על ידי קפלר חצי מאה לפני שאייזק ניוטון הציג את שלושת חוקי התנועה שלו ואת חוק הכבידה האוניברסלי.
החוק הראשון של קפלר
מסלולו של כל כוכב לכת כשהוא מקיף את השמשi, אליפטי, שבו השמש ממוקמת באחד המוקדים.
החוק השני של קפלר
קו דמיוני המחבר את השמש עם כוכב לכת משתרע על פני שטחים שווים במרווחי זמן שווים.
החוק השלישי של קפלר
היחס בין ריבוע המחזור לקובייה של המרחק הממוצע של כוכב הלכת מהשמש (T2/r3) קבוע וערכה זהה עבור כל כוכבי הלכת.
