Vse v vesolju je v gibanju. Lune krožijo planete, ki pa krožijo po zvezdah. Galaksije v njih krožijo na milijone in milijone zvezd, na zelo velikih lestvicah pa galaksije krožijo v orjaških grozdih. Na lestvici sončnega sistema opažamo, da je večina orbitov večinoma eliptičnih (nekakšen sploščen krog). Predmeti, ki so bližje njihovim zvezdam in planetom, imajo hitrejše orbite, medtem ko imajo bolj oddaljene daljše orbite.
Dolgo je trajalo, da so opazovalci neba ugotovili te predloge, in o njih vemo po zaslugi dela renesančnega genija z imenom Johannes Kepler (ki je živel od 1571 do 1630). Z neznanjem in perečo potrebo po razlagi gibanja planetov je gledal v nebo, ko se zdi, da se sprehajajo po nebu.
Kepler je bil nemški astronom in matematik, katerega ideje so bistveno spremenile naše razumevanje gibanja planetov. Njegovo najbolj znano delo izvira iz njegove zaposlitve pri danskem astronomu Tycho Brahe (1546-1601). Leta 1599 se je naselil v Pragi (takrat je mesto dvora nemškega cesarja Rudolfa) in postal dvorni astronom. Tam je za izvedbo svojih izračunov najel Keplerja, ki je bil matematični genij.
Kepler je astronomijo študiral že dolgo, preden je spoznal Ticha; naklonil se je koperniškemu svetovnemu pogledu, ki pravi, da planeti krožijo proti Soncu. Kepler se je z Galileom dopisoval tudi o njegovih opažanjih in zaključkih.
Na koncu je Kepler na podlagi svojega dela napisal več del o astronomiji, med drugim tudi Astronomija Nova, Harmonices Mundi, in Uspeh koperniške astronomije. Njegova opažanja in izračuni so poznejše generacije astronomov spodbudili k gradnji na njegovih teorijah. Ukvarjal se je tudi s težavami v optiki, predvsem pa izumil boljšo različico refrakcijskega teleskopa. Kepler je bil globoko religiozen človek in je tudi v času svojega življenja verjel v nekatere astrološke principe.
Kepler je Tycho Braheu dodal nalogo analiziranja opazovanj planeta Mars. Ta opažanja so vključevala nekaj zelo natančnih meritev položaja planeta, ki se niso strinjale ne s Ptolomejevimi meritvami ne s Kopernikovo ugotovitvijo. Od vseh planetov je imel napovedani položaj Marsa največje napake in je zato predstavljal največjo težavo. Tihovi podatki so bili najboljši na voljo pred izumom teleskopa. Medtem ko je Keplerju plačeval njegovo pomoč, je Brahe ljubosumno varoval svoje podatke in Kepler se je pogosto boril, da bi dobil številke, ki jih potrebuje za opravljanje svojega dela.
Ko je Tycho umrl, je Keplerju uspelo pridobiti Brahejeve opazovalne podatke in poskusil uganiti, kaj mislijo. Leta 1609, istega leta tisto Galileo Galilei najprej obrnil teleskop proti nebu, Kepler je videl, kaj bi lahko mislil na odgovor. Natančnost Tichovih opazovanj je bila dovolj dobra, da je Kepler pokazal, da bo Marsova orbita natančno ustrezala obliki elipse (podolgovata, skoraj jajčasta oblika kroga).
Njegovo odkritje je Johannesa Keplerja prvega razumelo, da se planeti v našem osončju gibljejo v elipsah in ne v krogih. Nadaljeval je s svojimi preiskavami in končno razvil tri principe gibanja planetov. Ti so postali znani kot Keplerjevi zakoni in so spremenili planetarno astronomijo. Mnogo let po Keplerju je dr. Sir Isaac Newton dokazal, da so vsi trije Keplerjevi zakoni neposredni rezultat zakonov gravitacije in fizike, ki upravljajo sile med različnimi masivnimi telesi. Kaj so torej Keplerjevi zakoni? Tukaj jih je na kratko, s pomočjo terminologije, ki jo znanstveniki uporabljajo za opis orbitalnih gibanj.
Prvi zakon Keplerja pravi, da se "vsi planeti gibljejo po eliptični orbiti s Soncem na enem žarišču, drugi pa je prazen." To velja tudi za komete, ki krožijo po Soncu. Če se uporablja za zemeljske satelite, središče Zemlje postane eno žarišče, drugo žarišče pa je prazno.
Keplerjev drugi zakon se imenuje zakon področij. Ta zakon pravi, da "črta, ki se planet pridruži Soncu, prehaja čez enaka območja v enakih časovnih intervalih." Če želite razumeti zakon, pomislite, kdaj kroži satelit. Zamišljena črta, ki jo povezuje z Zemljo, se v enakih časovnih obdobjih prelije na enaka območja. Segmenti AB in CD imata enake roke. Zato se hitrost satelita spreminja, odvisno od njegove oddaljenosti od središča Zemlje. Hitrost je največja na točki v najbližji Zemlji v orbiti, ki se imenuje perigee, in je najpočasnejša na točki, najbolj oddaljeni od Zemlje, imenovani apogej. Pomembno je upoštevati, da orbita, ki ji sledi satelit, ni odvisna od njegove mase.
Keplerjev tretji zakon se imenuje zakon obdobij. Ta zakon navaja čas, ki ga planet potrebuje za popolno potovanje okoli Sonca na srednjo razdaljo od Sonca. Zakon pravi, da je "kvadrat katerega koli obdobja revolucije za kateri koli planet neposredno sorazmeren s kocko njegove srednje oddaljenosti od Sonca." Uporablja se za zemeljske satelite, Keplerjev tretji zakon razlaga, da dlje kot je satelit od Zemlje, dlje kot bo trajalo, da opravi orbito, večja bo razdalja, ki jo bo prehodil, da bi opravil orbito, in počasnejša bo njegova povprečna hitrost biti. Drugi način razmišljanja tega je, da se satelit premika najhitreje, ko je najbližje Zemlji, in počasneje, ko je bolj oddaljen.