四百年前的今年，兩個事件標誌著科學家和歷史學家今天所認為的現代天文學的誕生。其中第一個是伽利略望遠鏡觀測的開始，由劇作家和作家永生，並被廣泛宣傳為國際天文年的基石周年紀念日。通過他的鏡子，這位義大利天文學家看到了月球的山脈和山谷，木星的衛星以及太陽黑子 - 這些觀測將在詆毀教會認可的以地球為中心的宇宙觀中發揮巨大作用。
第二個事件並不為人所知，但可以說同樣重要。這是Johannes Kepler的出版物1609年的Astronomia Nova（新天文學），這篇論文中德國天文學家介紹了他描述行星運動的前兩個定律。
第一定律指出，行星圍繞太陽以橢圓軌道運行，並將太陽的位置描述為該橢圓中的焦點。第二定律指出，連接行星與太陽的假想線將在給定時間段內掃過一個大小相等的區域，無論在軌道中的哪個時間段落下。
克卜勒後來繼續介紹另一項法律，這項法律將軌道的尺寸與完成軌道所需的時間聯繫起來。他還對光學做出了重要貢獻，研究了如何通過針孔相機，望遠鏡和人眼形成圖像，以及為近視和遠視提供矯正鏡片的原理。他創造了「 軌道 」和「衛星」 這兩個術語，並解釋了海洋潮汐是如何由月球引起的。
「他是天文學家的天文學家，」 哈佛 - 史密森天體物理學中心天文學和科學史榮譽教授歐文·金格裡奇說。
克卜勒於1571年出生於德國現代巴登 - 符騰堡州的Weil der Stadt鎮。他的父母不是很富裕：他的父親是僱傭兵，他的母親是一位家庭主婦，後來被指控為巫師。克卜勒小時候內省而且病態，但他在數學方面表現出色。他決定加入神職人員並獲得蒂賓根大學的獎學金，在那裡他首先熟悉了波蘭天文學家尼古拉斯·哥白尼的工作。
在1609年，人們接受的觀點是地球靜止在宇宙的中心，月球，太陽和行星在它周圍移動。星星矗立在地球之外，環繞著地球。天空的這種觀點起源於希臘人，它在公元二世紀由Claudius Ptolemy正式化為天文系統。託勒密天文學並不簡單 - 模擬行星的運動，它利用了一個複雜的圓圈系統和本輪 - 但它已被接受為近一千五百年的真相。
在16世紀中葉，哥白尼提出了一種替代的日心系統，其中太陽是宇宙的中心，地球和其他行星圍繞著它。哥白尼關於日心說的論文，De Revolutionibus Orbium Coelestium（關於天球的革命），於1543年出版。克卜勒在蒂賓根發現它是一名學生，並且被哥白尼的觀點所吸引。
但大多數人並沒有同樣迷戀日心說的宇宙概念。首先，哥白尼的思想沒有被廣泛傳播，因為它們與羅馬天主教會的教義背道而馳（儘管在革命被列為教會禁止的工作之前，73年過去了）。只有在大學及其周圍環境中才能找到追隨者。其次，即使對於那些聽說過它的人來說，哥白尼的日心天文學在某種程度上並不比託勒密天文學更準確。
偉大的火星災難
正如金格裡奇所解釋的那樣，託勒密系統預測火星的位置大約每隔32年就會出現短時間誤差約5度。哥白尼的系統並沒有好多少：縱向偏離了大約4度。金格裡奇稱這是「偉大的火星災難」 - 丹麥天文學家第谷布拉赫等觀察者所知道的問題，但克卜勒會解決這個問題。
在蒂賓根克卜勒在格拉茨（現代奧地利）擔任數學教師之後，他繼續對天文學感興趣。在格拉茨，他寫了1596年出版的Mysterium Cosmographicum（The Cosmographic Mystery），以支持哥白尼。他將他的書的副本寄給了主要的天文學家，包括當時最偉大的觀測天文學家布拉赫。布拉赫和克卜勒開始通信，他們談到了哥白尼主義和其他天文問題。到那時，克卜勒已經意識到需要原始數據觀察，這將有助於他理解自然的基本規律。
1600年，由於新教改革期間的宗教和政治動蕩，克卜勒在格拉茨失去了工作。他前往布拉格，布拉赫是皇帝魯道夫二世的宮廷天文學家。布拉格是克卜勒度過他最富有成效的一年的地方。布拉赫於1601年突然去世，克卜勒接替他擔任法庭天文學家。除了他的皇室職責，克卜勒試圖解決火星的運動。他發現他的初始模型，假設火星圍繞太陽旋轉在圓形軌道上，未能與他的前任的觀察相匹配。他不情願地改變了軌道，使它更像蛋形。
「有一個神話，克卜勒通過第谷布拉赫的火星記錄曲線，發現行星軌道是橢圓形的，」金格裡奇說。「事實是，第谷的觀察顯示軌道不是一個圓，但橢圓的選擇在很大程度上是理論上的。」
這是改變科學進程的智力飛躍之一。克卜勒發現，不僅在一個焦點上有太陽的橢圓軌道解釋了火星的運動，而且還解釋了其他行星的運動。事實上，正如金格裡奇指出的那樣，克卜勒意識到了他發現的重要性質。在Astronomia Nova中，由於克卜勒解釋了火星的運動並提出了他的前兩個行星定律，因此字體突然變大以說明重要性。
但是，行星運動潛在的物理原因讓克卜勒望而卻步。凱普勒認為某種磁性是負責任的。這個難題將不得不等待另一位革命思想家艾薩克·牛頓（Isaac Newton），他的萬有引力定義出現在科學舞臺上，並解釋了八十年後的軌道行為。