Законы движения планет были открыты великим астрономом и математиком Иоганном Кеплером (1571–1630 гг.).
Кеплер родился в г. Вейле, в Германии. Ещё со студенческой скамьи он стал последователем учения Коперника. Жизнь учёного была полна тяжёлых лишений. За свои взгляды он неоднократно подвергался гонениям церкви, ведя с семьёй полуголодное нищенское существование.
В 1600 году Кеплер переселился в Прагу, где работал с замечательным астрономом-наблюдателем Тихо Браге, создателем превосходной обсерватории в Дании.
Кеплеру недолго пришлось работать с Тихо Браге: в конце 1601 года Браге умер. После его смерти Кеплер получил в своё распоряжение все записи астрономических наблюдений Браге, в том числе и результаты многолетних наблюдений Марса. Тщательное исследование записей Браге привело Кеплера к мысли, что Марс не может двигаться вокруг Солнца по круговой орбите: в этом случае получались слишком большие расхождения между теоретическими вычислениями положения планеты и действительно наблюдаемыми по записям Тихо Браге. Чтобы найти действительную форму орбиты Марса, Кеплеру пришлось проделать огромную работу. Эта работа привела Кеплера к открытию законов движения планет.
Кеплер установил, что орбита Марса имеет форму эллипса. Солнце при этом располагается не в центре эллипса, а в одном из его фокусов — точке, лежащей на большой оси эллипса (рис. 3). Таким образом, планета, обращаясь вокруг Солнца, то приближается к нему, то несколько удаляется.
Проводя дальнейшие исследования движения Марса, учёный установил, что планета имеет различную скорость на разных участках своего пути. Вблизи Солнца, например, она движется быстрее.
Оба вывода, полученные в результате изучения движения Марса, были в дальнейшем распространены учёным на все планеты и получили название законов Кеплера. Этими двумя законами устанавливалась форма планетных орбит и зависимость скорости планет от их положения на орбите.
Со времени Коперника было известно, что более далёкие планеты обладают большим периодом обращения вокруг Солнца. Это натолкнуло Кеплера на мысль, что здесь существует определённая закономерность. Вскоре она была установлена, и появился третий закон Кеплера, который определяет зависимость между расстояниями планет от Солнца и периодами их обращения вокруг него.
Заслуга Кеплера перед астрономией чрезвычайно велика. Открыв законы движения планет, он внёс полную ясность в систему мира Коперника.
Однако, какова же физическая причина движения планет? Почему эти небесные тела движутся вокруг Солнца по строго определённым путям, а не улетают от него прочь? Ответить на этот вопрос, который был наиболее серьёзным возражением церкви против движения Земли, Кеплер пытался. При этом он правильно полагал, что сила, движущая планеты, исходит от Солнца, но установить величину и характер действия этой силы учёный не смог.
Эту задачу решил великий английский учёный Ньютон (1642–1727 гг) — основатель небесной механики, того раздела астрономии, в котором изучается движение планет под действием притяжения Солнца и взаимного тяготения.
Эпоха, в которую жил Ньютон, характеризовалась дальнейшим развитием капитализма. Рост промышленности и торговли требовал развития техники и механики.
Ещё в университете Ньютона привлекли вопросы, связанные с движениями планет. Здесь и началась его напряжённая научная работа, которая привела учёного к великим открытиям в механике, физике и астрономии.
Размышляя над причинами, вызывающими движение планет, Ньютон пришёл к мысли, что все тела испытывают силу притяжения или, как он называл, тяготения друг к другу. Тяготение тел, как установил Ньютон, является одним из основных, постоянно проявляющихся свойств материи. Эта сила тяготения и не позволяет планетам улетать прочь от Солнца, удерживая их на орбитах. Чем больше масса тел и чем они ближе друг к другу, тем с большей силой они притягиваются.
Ньютон установил закон, получивший название закона всемирного тяготения. По этому закону, ставшему одним из основных законов современного естествознания, сила притяжения двух тел прямо пропорциональна их массе (т. е. во сколько раз больше масса тела, во столько же раз больше и сила притяжения) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (это означает, что если расстояние между телами уменьшить вдвое, то они будут притягиваться друг к другу в 4 раза сильнее; если расстояние уменьшить в три раза, то притяжение станет в 9 раз больше).