Model Johannesa Keplera

Johannes Kepler (1571–1630) stał się zwolennikiem heliocentrycznej teorii Kopernika za sprawą Michaela Maestlina, który wprowadzał go w tajniki astronomii na uniwersytecie w Tybindze.

W 1596 r. Kepler opublikował Tajemnicę Kosmosu – żarliwą apologię systemu Kopernika, w której połączył układ orbit sześciu planet (Merkurego, Wenus, Ziemi, Marsa, Jowisza i Saturna) z sześcioma bryłami platońskimi.

Rycina z dzieła Keplera Astronomia nova. Orbita Marsa (linia kropkowana u góry z lewej, przy H) nie jest okręgiem (linia ciągła), lecz elipsą

W centrum tego układu znajdowało się Słońce, które miało być źródłem siły wprawiającej planety w ruch. Pomysł był rewolucyjny jak na owe czasy, gdyż astronomia – także Kopernika – polegała wtedy na opisywaniu torów planet za pomocą jednostajnie obracających się okręgów, „z natury” obdarzonych takim wiecznym ruchem. Innymi słowy, astronomia była geometrią. Kiedy od 1600 r. Kepler zaczął współpracować z Tychonem Brahe, poszukiwał parametrów orbit Marsa i Ziemi, przedstawianych właśnie za pomocą tradycyjnych okręgów; co więcej, odnoszonych do matematycznego punktu, zwanego Słońcem średnim, a nie do rzeczywistego Słońca.

Po śmierci Brahego, pod koniec 1601 r. Kepler powrócił do pomysłu ruchu planet pod wpływem fizycznego oddziaływania Słońca. Odniósł położenia planet do Słońca rzeczywistego i ustalił, że poruszają się one nie po okręgach, lecz po jakichś krzywych owalnych. Wreszcie w 1605 r. odkrył, że orbita Marsa jest elipsą (pierwsze prawo Keplera). Przy tym kształt ten, według Keplera, wynikał z interakcji między planetą a magnetyczną emanacją rozchodzącą się z wirującego Słońca. Uczony przyjął, że oddziaływanie to jest odwrotnie proporcjonalnie do odległości planety od Słońca. Na tej podstawie uzasadnił swoje drugie prawo: w takich samych odstępach czasu promień wodzący planety, czyli łączący ją ze Słońcem, zakreśla równe pola.

W ten sposób Kepler stworzył astronomię fizyczną – rzecz w jego czasach trudną do zaakceptowania i przez astronomów, i przez filozofów – a jej pierwszy opis przedstawił w 1609 r. w dziele Astronomia nova, którego pełny tytuł brzmi Nowa astronomia wywiedziona z przyczyn albo fizyka niebieska, wyłożona za pomocą komentarzy o ruchach planety Mars. Swoje trzecie prawo, łączące okres obiegu planety z rozmiarami jej orbity, Kepler odkrył później, bo w 1618 r., i opublikował w dziele Harmonia świata (Harmonice mundi, 1619).