Viskas Visatoje juda. Mėnulio orbitos planetos, kurios savo ruožtu skrieja žvaigždėmis. Galaktikose yra milijonai žvaigždžių, besisukančių aplink jas ir labai dideliais masteliais, galaktikos orbitoje skrieja milžiniškose klasteriuose. Saulės sistemos skalėje pastebime, kad dauguma orbitų yra daugiausia elipsės formos (savotiškas išlygintas apskritimas). Objektų, esančių arčiau jų žvaigždžių ir planetų, orbitos yra greitesnės, o tolimesnių - ilgesnės.
Dangaus stebėtojams prireikė nemažai laiko, kad išsiaiškintų šiuos judesius, ir mes apie juos žinome Renesanso genijaus, vardu Johanesas Kepleris (gyveno 1571–1630 m.). Jis pažvelgė į dangų su dideliu smalsumu ir deginančiu poreikiu paaiškinti planetų judesius, nes jos tarsi klajojo per dangų.
Kepleris buvo vokiečių astronomas ir matematikas, kurio idėjos iš esmės pakeitė mūsų supratimą apie planetų judėjimą. Žinomiausias jo darbas susijęs su įdarbinimu Danijos astronomo Tycho Brahe (1546-1601). 1599 m. Jis apsigyveno Prahoje (tuometinėje Vokietijos imperatoriaus Rudolfo teismo vietoje) ir tapo teismo astronomu. Ten jis pasamdė Keplerį, kuris buvo matematikos genijus, kad atliktų savo skaičiavimus.
Kepleris studijavo astronomiją dar ilgai, kol nesutiko Tycho; jis palaikė Koperniko pasaulėžiūrą, pagal kurią planetos skriejo aplink Saulę. Kepleris taip pat susirašinėjo su „Galileo“ apie savo pastebėjimus ir išvadas.
Galų gale, remdamasis savo darbu, Kepleris parašė keletą darbų apie astronomiją, įskaitant „Astronomia Nova“, Harmonices Mundiir Koperniko astronomijos epopėja. Jo pastebėjimai ir skaičiavimai paskatino vėlesnes astronomų kartas remtis jo teorijomis. Jis taip pat dirbo su optikos problemomis, visų pirma, išrado geresnę refrakcijos teleskopo versiją. Kepleris buvo giliai religingas žmogus ir visą gyvenimą tikėjo kai kuriomis astrologijos nuostatomis.
Typle Brahe'ui Kepleriui buvo pavesta analizuoti stebėjimus, kuriuos Tycho padarė iš Marso planetos. Į šiuos stebėjimus buvo įtraukti labai tikslūs planetos padėties matavimai, kurie nesutiko nei su Ptolemėjaus matavimais, nei su Koperniko išvadomis. Iš visų planetų numatytoje Marso padėtyje buvo daugiausia klaidų, todėl kilo didžiausia problema. Tycho duomenys buvo patys geriausi iki teleskopo išradimo. Mokėdamas Kepleriui už jo pagalbą, Brahe'as pavydžiai saugojo savo duomenis ir Kepleris dažnai stengdavosi gauti duomenis, reikalingus jo darbui atlikti.
Kai Tycho mirė, Kepleris sugebėjo gauti Brahe stebėjimo duomenis ir bandė išsiaiškinti, ką jie turėjo galvoje. 1609 m., Tais pačiais metais „Galileo Galilei“ pirmiausia pasukęs savo teleskopą į dangų, Kepleris pagavo žvilgsnį, koks, jo manymu, gali būti atsakymas. Tycho stebėjimų tikslumas buvo pakankamai geras, kad Kepleris galėtų parodyti, kad Marso orbita tiksliai atitiks elipsės formą (pailgos, beveik kiaušinio formos apskritimo formą).
Jo atradimas paskatino Johanesą Keplerį pirmiausia suprasti, kad mūsų Saulės sistemos planetos juda elipsėmis, o ne apskritimais. Jis tęsė tyrimus, pagaliau sukūrė tris planetų judėjimo principus. Jie tapo žinomi kaip Keplerio įstatymai ir sukėlė revoliuciją planetų astronomijoje. Praėjus daug metų po Keplerio, Seras Izaokas Niutonas įrodė, kad visi trys Keplerio įstatymai yra tiesioginis gravitacijos ir fizikos įstatymų, reguliuojančių jėgas dirbant tarp įvairių masyvių kūnų, rezultatas. Taigi, kas yra Keplerio įstatymai? Čia trumpai pažvelkite į juos, naudodamiesi terminologija, kurią mokslininkai naudoja aprašydami orbitos judesius.
Pirmasis Keplerio dėsnis teigia, kad „visos planetos juda elipsinėmis orbitais su saule, o vienas fokusas yra tuščias“. Tai pasakytina ir apie kometas, kurios skrieja aplink Saulę. Taikant Žemės palydovus, Žemės centras tampa vienu židiniu, o kitas fokusas tuščias.
Antrasis Keplerio dėsnis vadinamas sričių įstatymu. Šis įstatymas teigia, kad „linija, jungianti planetą su Saule, teka vienodais plotais vienodais laiko intervalais“. Norėdami suprasti įstatymus, pagalvokite, kada skrieja palydovas. Įsivaizduojama linija, jungianti ją su Žeme, vienodais laikotarpiais slenka lygiuose plotuose. AB ir CD segmentai apima vienodą laiką. Todėl palydovo greitis keičiasi, atsižvelgiant į jo atstumą nuo Žemės centro. Greitis yra didžiausias orbitos, esančios arčiausiai Žemės, taške, vadinamame perigee, ir yra lėčiausias taške, esančiame arčiausiai Žemės, vadinamame apogee. Svarbu pažymėti, kad palydovo sekama orbita nėra priklausoma nuo jo masės.
3-asis Keplerio dėsnis vadinamas periodų dėsniu. Šis dėsnis susieja laiką, kurio reikia, kad planeta galėtų atlikti vieną pilną kelionę aplink Saulę, iki vidutinio atstumo nuo Saulės. Įstatymas teigia, kad "bet kurios planetos revoliucijos periodo kvadratas yra tiesiogiai proporcingas vidutinio atstumo nuo Saulės kubui". Taikomas Žemės palydovams, Keplerio 3-asis įstatymas paaiškina, kad kuo toliau nuo Žemės yra palydovas, tuo ilgiau reikės įveikti orbitą, tuo didesnis atstumas bus nuvažiuotas iki orbitos ir tuo lėtesnis jo vidutinis greitis bus būti. Kitas būdas galvoti apie tai yra tai, kad palydovas juda greičiausiai, kai yra arčiausiai Žemės, ir lėčiau, kai yra arčiau.