Viss Visumā ir kustībā. Mēnešiem orbītas planētas, kuras savukārt orbītas zvaigznes. Galaktikās ir miljoniem un miljoniem zvaigžņu, kas riņķo ap tām, un ļoti lielos mērogos galaktikas riņķo milzu kopās. Saules sistēmas mērogā mēs pamanām, ka vairums orbītu lielākoties ir elipsveida (sava veida saplacināts aplis). Objektiem, kas atrodas tuvāk savām zvaigznēm un planētām, orbītas ir ātrākas, bet attālākiem orbītas ir garākas.
Pagāja ilgs laiks, līdz debesu novērotāji izdomāja šos ierosinājumus, un mēs par tiem zinām, pateicoties kāda renesanses laika ģēnija darbam Johanness Keplers (kas dzīvoja no 1571. līdz 1630. gadam). Viņš paskatījās uz debesīm ar lielu ziņkāri un dedzinošu vajadzību izskaidrot planētu kustības, kad šķita, ka tās klīst pa debesīm.
Keplers bija vācu astronoms un matemātiķis, kura idejas pamatīgi mainīja mūsu izpratni par planētas kustību. Viņa pazīstamākais darbs izriet no viņa nodarbinātības Dānijas astronomā Tycho Brahe (1546-1601). Viņš 1599. gadā apmetās Prāgā (toreizējā Vācijas imperatora Rūdolfa tiesas vietā) un kļuva par tiesas astronomu. Tur viņš nolīga Kepleru, kurš bija matemātikas ģēnijs, lai veiktu savus aprēķinus.
Keplers bija studējis astronomiju ilgi pirms satikšanās ar Tycho; viņš atbalstīja Kopernika pasaules uzskatu, kurā teikts, ka planētas riņķo ap Sauli. Keplers arī sazinājās ar Galileo par saviem novērojumiem un secinājumiem.
Galu galā, balstoties uz savu darbu, Keplers uzrakstīja vairākus darbus par astronomiju, ieskaitot Astronomia Nova, Saskaņas Mundi, un Kopernika astronomijas epitoms. Viņa novērojumi un aprēķini iedvesmoja nākamo paaudžu astronomus balstīties uz viņa teorijām. Viņš strādāja arī ar problēmām optikā un jo īpaši izgudroja labāku refrakcijas teleskopa versiju. Keplers bija dziļi reliģiozs cilvēks un arī dzīves laikā ticēja dažiem astroloģijas principiem.
Kepleram Tycho Brahe uzticēja darbu, analizējot novērojumus, kurus Tycho veica no planētas Marsa. Šie novērojumi ietvēra dažus ļoti precīzus planētas stāvokļa mērījumus, kas nepiekrita ne Ptolemaja mērījumiem, ne Kopernika secinājumiem. No visām planētām prognozētajā Marsa pozīcijā bija vislielākās kļūdas, un tāpēc tā radīja vislielāko problēmu. Tycho dati bija labākie pieejamie pirms teleskopa izgudrošanas. Maksājot Kepleram par palīdzību, Brahe greizsirdīgi sargāja savus datus, un Keplers bieži cīnījās, lai iegūtu skaitļus, kas nepieciešami viņa darba veikšanai.
Kad Tycho nomira, Keplers varēja iegūt Brahe novērojumu datus un mēģināja izdomāt, ko viņi domāja. 1609. gadā, tajā pašā gadā Galileo Galilei vispirms pagriezis savu teleskopu pret debesīm, Keplers pamanīja, kas, viņaprāt, varētu būt atbilde. Tycho novērojumu precizitāte bija pietiekami laba, lai Keplers parādītu, ka Marsa orbīta precīzi atbilst elipsei (iegarenai, gandrīz olu formas apļa formai).
Viņa atklājums lika Johanesam Kepleram pirmajam saprast, ka planētas mūsu Saules sistēmā pārvietojas elipsēs, nevis apļos. Viņš turpināja izmeklēšanu, beidzot izstrādājot trīs planētu kustības principus. Tie kļuva pazīstami kā Keplera likumi, un viņi radīja revolūciju planētu astronomijā. Daudzus gadus pēc Keplera, Sers Īzaks Ņūtons pierādīja, ka visi trīs Keplera likumi ir gravitācijas un fizikas likumu tiešs rezultāts, kas regulē spēkus, kas darbojas starp dažādiem masīviem ķermeņiem. Kas ir Keplera likumi? Šeit ir īss to apskats, izmantojot terminoloģiju, ko zinātnieki izmanto, lai aprakstītu orbītas kustības.
Keplera pirmais likums nosaka, ka "visas planētas pārvietojas elipsveida orbītās ar Sauli vienā fokusā, bet otra fokusa tukšā stāvoklī". Tas attiecas arī uz komētām, kuras riņķo ap Sauli. Pielietojot Zemes satelītus, Zemes centrs kļūst par vienu fokusu, bet otrs fokuss ir tukšs.
Keplera otro likumu sauc par apgabalu likumu. Šis likums nosaka, ka "līnija, kas savieno planētu ar Sauli, pārvietojas vienādos laukumos vienādos laika intervālos". Lai saprastu likumu, padomājiet, kad riņķo satelīts. Iedomāta līnija, kas to savieno ar Zemi, vienādos laika periodos slīd pa vienādiem laukumiem. Segmenti AB un CD aizņem vienādus laikus. Tāpēc satelīta ātrums mainās atkarībā no tā attāluma no Zemes centra. Ātrums ir vislielākais orbītā, kas atrodas vistuvāk Zemei, un to sauc par perigeju, un vislēnākais ir punkts, kas atrodas vistālāk no Zemes un ko sauc par apogeju. Ir svarīgi atzīmēt, ka orbīta, kurai seko satelīts, nav atkarīga no tā masas.
Keplera 3. likumu sauc par periodu likumu. Šis likums attiecas uz laiku, kas vajadzīgs planētai, lai veiktu vienu pilnīgu ceļojumu ap Sauli, līdz vidējam attālumam no Saules. Likums nosaka, ka "jebkurai planētai tās revolūcijas perioda kvadrāts ir tieši proporcionāls tā vidējā attāluma no Saules kubam". Piemērots Zemes pavadoņiem, Keplera 3. likums skaidro, ka jo tālāk satelīts atrodas no Zemes, jo ilgāks laiks būs vajadzīgs, lai pabeigtu orbītu, jo lielāku attālumu tas nobrauks, lai pabeigtu orbītu, un jo lēnāks būs vidējais ātrums būt. Vēl viens veids, kā to domāt, ir tas, ka satelīts visātrāk pārvietojas, kad tas ir vistuvāk Zemei, un lēnāk, kad tas atrodas tālāk.