Tarih boyunca birçok bilim adamı astronomi ile uğraşmıştır. Milattan önce yaşayan Eratostanes ve Aristarchus ile milattan sonra astronomi üzerinde çalışan Ptolemy ve Copernic bu bilim adamları arasında sayılabilir. Copernic’ten sonra Danimarkalı bir bilim adamı olan Tycho Brahe astronomide çok önemli çalışmalar yapmıştır. Brahe’nin ölçme konusundaki ustalık ve duyarlılığı kendi çağdaşı olan Kepler’de yoktu. Kepler’in üstün yanı matematiksel yapılara nüfuz kabiliyetidir. Başlangıçta kendisini din ve felsefe ilgilendiriyordu. Fakat parasal sıkıntılarını hafifletmek için, açık bulunan bir astronomi kürsüsünde ders vermeye başlayan Kepler, öğrendiği astronomi konularındaki altyapı eksikliğini farketti. Bu eksikliği gidermek için de çalışmalarını yoğunlaştırdı.
Kepler; Yerküre,Merkür,Venüs,Mars,Jüpiter,Satürn’ü gezegen olarak düşünüyordu. Başlangıçta en çok ilgilendiği konu neden altı gezegen olduğuydu. Bunu açıklamak için geometrik çözümler aradı. Brahe’nin ölçümlerine dayanarak gezegenlerin yarıçapları arasında bir ilişki bulmaya çalıştı. Bu hesapları Copernic modeline göre yapıyordu. Yaptığı ilk çalışmaların sonucunda düzgün katı yüzlülerle Copernic sistemini uygunlaştırmayı başardı. Bir kitap halinde çalışmalarını yayınlayarak Brahe’nin dostluğunu kazandı. Fakat bu açıklama yalnızca estetik açıdan değerli olup bilimsel bir nitelik taşımamaktaydı.
Brahe öldükten sonra Kepler, Mars gezegeni yörüngesi üzerinde yoğunlaştı. Tycho’ nun bıraktığı ölçümlere güvenerek Mars’ın yörüngesinin dairesel olmadığını açıklığa kavuşturdu ve nasıl olduğunu tespit etmeye çalıştı. Bunu yapmak için çalıştığı sırada Dünya’nın hareketi sırasında uzayda hızının sabit olmadığını gösterdi. Bu değişimi Güneş’in etkisine bağlı olarak açıklayan Kepler bu yasayı şu şekilde ifade etmişti:”Güneş’ten gezegene uzanan çizgi eşit zaman arlıklarında eşit alan tarar.” Kepler bunun sebebini Güneş’in manyetik etkilerine bağlıyordu. Fakat bunun üzerinde fazla durmadan doğru olduğunu gördüğü bu kuralı daha sonraki çalışmalarında kullandı. Bu kanunu bugün biz de doğruluyoruz.
Mars’ın yörüngesini çok uzun ve yorucu çalışmalar sonucunda bitiren Kepler, bu yörüngenin bir daire ve içe çizilmiş bir elips arasında kaldığını buldu. Fakat ne dıştaki daire, ne de içerdeki elips yörüngeyi tam olarak vermiyor, birisi +8”, diğeri de –8” farklılık içeriyordu. Nihayet bu ikisi arasındaki gerçek yörüngenin odaklarından birisinde Güneş’ bulunduğu bir elips olduğunu gördü.
Kepler daha sonraki yıllarda en başta sorduğu, gezegenlerin yörünge yarıçapları ( R ) ve Güneş etrafındaki bir tam dönüş süreleri ( T ) arasında arasındaki ilişkiyi araştırmaya geri döndü. İşe yaramayan birçok tahmin yaptıktan sonra R³/T² ‘ sabit olduğu sonucuna ulaştı. Yıllar sonra amacına ulaşan Kepler, Coprnic sistemini ve kendi buluşlarını anlatan popüler bir kitap yazdı. Bulduğu kuralları bugün Kepler Kanunları olarak biliyoruz. Şimdi bu yasaları ayrıntılı olarak inceleyelim:
1.KANUN (Yörüngeler Kanunu )
“Her gezegen, odaklarından birinde Güneş’in bulunduğu yörüngede hareket eder”
Dünya’nın elips yörüngesinin odak noktaları F1 ve F2, Mars gezegeni yörüngesi olan elipsin odak noktaları ise F1 ve F3 olarak belirtilmiştir. Güneş bu gezegenlere ait yörüngelerin her ikisinin de odak noktası olan F1 de bulunur. F1 noktası diğer gezegenlerin de yörüngelerinin odak noktasıdır.
2.KANUN (Alanlar Kanunu)
“Gezegeni Güneş’e birleştiren çizgi eşit zaman aralıklarında eşit alanlar tarar.”
∆t zamanında taranan A1 alanı, yine ∆t zamanında taranan A2 alanına eşittir. O halde, gezegen Güneş’e yaklaştığında yörünge hızı artmalı, uzaklaştığında ise azalmalıdır. Buna göre V1 ve V2 hızları karşılaştırıldığında V1>V2 diyebiliriz.
3.KANUN (Periyotlar Kanunu )
“Gezegenlerin yörüngelerinin ortalama yarı çapları R ve periyotları T olmak üzere R³/T² oranı bütün gezegenler için aynıdır.”
Gezegenlerin yörüngelerinin ortalama yarıçapları ( R ) Güneş’e olan maximum ve minimum uzaklıklar toplamının yarısıdır.
