Изучая результаты долгих наблюдений планеты Марс датским астрологом Т: Браге, германский ученый И. Кеплер понял, что орбита Марса не окружность, а имеет вытянутую форму эллипса. Как мы знаем, у эллипса имеется две точки F1 и F2 (рис. 1), сумма расстояний которых (r1 + r2) от любой точки В эллипса имеется величина постоянная. Прямая А1А2, лежащая в эллипса и проходящая через его фокусы, именуется громадной осью эллипса. Мерой сплюснутости эллипса есть его эксцентриситет, равный отношению расстояния между фокусами к громадной оси e = F1F2 / А1А2. Линия, соединяющая любую точку эллипса с одним из его фокусов, именуется радиусом-вектором данной точки.
Кеплер изучил перемещения всех известных в то время планет и вывел три закона перемещения планет.
Во-первых, орбиты всех планет (а не только Марса) являются эллипсами с неспециализированным фокусом, в котором находится Солнце. Степень вытянутости орбит у различных планет разная. У Почвы эксцентриситет мал (всего 0,017), и орбита Почвы слабо отличается от окружности. Исходя из этого малейшее расстояние Почвы от Солнца (в перигелии) слабо отличается от громаднейшего (в афелии). самые вытянутые орбиты имеют Меркурий (эксцентриситет 0,21) и Плутон (эксцентриситет 0,25).
Во-вторых, любая планета по собственной орбите движется так, что ее радиус-вектор за однообразные промежутки времени обрисовывает равные площади (площади секторов A1A2F и B1B2F на рис. 2 равны). Это значит, что чем ближе планета к Солнцу, тем у нее больше скорость перемещения по орбите. К примеру, Марс вблизи перигелия движется со скоростью 26,5 км/с, а около афелия его скорость значительно уменьшается до 22 км/с. Кометы, являясь участниками Нашей системы, движутся по тем же законам, что и планеты, но у некоторых из них орбиты так вытянуты, что вблизи Солнца скорость их перемещения доходит до 500 км/с, а в афелии их скорость понижается до 1 см/с.
Первые два закона перемещения планет Нашей системы Кеплер разместил в 1609 г. Спустя десятилетие он нашёл третью закономерность в движении планет и сформулировал ее так: отношение кубов громадных полуосей орбит двух любых планет Нашей системы равняется отношению квадратов периодов их обращения около Солнца. Данный закон имел громадное значение для определения масштабов Нашей системы, т. е. расстояний планет от Солнца. В случае, если за единицу времени принять один год, а за единицу расстояния — среднее расстояние Почвы от Солнца (астрономическую единицу), то, выяснив из наблюдений период обращения какой-либо планеты в годах (Г), легко взять значение громадной полуоси данной планеты (а) по формуле
К примеру, период обращения Марса по наблюдениям равен 1,88 года. Тогда по данной формуле возможно вычислить громадную полуось орбиты Марса, которая выясняется равной 1,52 а. е. Так, Марс приблизительно в полтора раза дальше от Солнца, чем Почва.
Установленные Кеплером законы перемещения планет еще раз наглядно говорят о том, что мир планет имеется стройная совокупность, управляемая единой силой, источником которой есть Солнце.