天文学概述：“日心说”和“地心说”的调和

开普勒是第谷的助手，第谷进行了大量的天文观测，也有不少新的发现，比如超新星、彗星等。第谷希望通过计算来论证，随着地球的运动，而引起观测上恒星位置的变化，但最终一无所获。由此开始反对哥白尼的“日心说”。

地心日动模型

第谷对日心说和地心说的调和

第谷采用《天体运行论》的理论，并不能解释彗星问题。于是在1583年出版了《彗星论》，提出一种介乎“地心说”和“日心说”之间的“地心-日动说”，首先他肯定了地球是不动的，太阳围绕地球转，其他行星围绕太阳转。这个宇宙模型同样可以解释“行星逆行”现象，而且解释了为什么彗星轨道不同于其他行星的问题，曾一度被接受。

第谷

开普勒三大定律

第谷去世后，作为助手的开普勒获得了他的全部观测资料，开始了复杂的计算。开普勒设想，如果哥白尼是对的，所有行星都是围绕着太阳转，而运行轨道不是正圆，而是椭圆的，那么每个行星的轨道都会是一直向前的，也就不需要进行复杂的本轮计算。开普勒用了6年时间，通过第谷观测火星的数据，用数学推理出第一定律和第二定律。后又用了9年时间，推导出第三定律。

开普勒

开普勒第一定律

行星轨道定律，又叫做“椭圆定律”。即：每一个行星，都是沿着各自的椭圆轨道围绕太阳运行的，而太阳为主处于椭圆的焦点之中。在哥白尼看来，行星运动的轨道是正圆，速度是匀速的。开普勒采用这种逻辑反复计算了一年多，终无所获。后来他发现这个“诡谲多端”的火星，不仅速度不是匀速的，而且轨道也不是圆的。

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开普勒第二定律

面积定律，即：在相等的时间内，行星与恒星的连线扫过的面积相等。也就说，处于椭圆轨道上的行星，与太阳之间的距离，有时候近（近日点），有时候远（远日点）。在最接近太阳的地方行星运行速度最快。在最远离太阳的地方，行星运行速度最慢。

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开普勒第三定律

周期定律，即：所有行星的轨道半轴三次方与周期二次方的比值都相等。且距离太阳位置越远，其运行周长越长。由这个发现可以推导出，行星和太阳之间的引力与半径的平方成反比，这是牛顿定律的一个重要的理论基础。

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开普勒三大定律的提出，不仅终结了亚里士多德和托勒密所构建起来的“地心学说”，同时也改进了哥白尼提出的天体匀速运动的“日心学说”。开普勒定律对天文研究具有普遍的意义，不仅适用于太阳系，他对具有中心天体的引力系统，如行星-卫星系统和双星系统都成立。