Côpecnic – nhà bác học Ba Lan trong tác phẩm nổi tiếng “Bàn về sự chuyển động của các thiên thể” đã giải quyết một cách chính xác vấn đề được tranh luận từ lâu: Trái Đất và các hành tinh quay quanh Mặt Trời chứ không phải Mặt Trời và các hành tinh quay quanh Mặt Trời.

Các hành tinh quay quanh Mặt Trời như thế nào?

Trước đây vì trình độ khoa học kỹ thuật hạn chế, Côpecnic đã không thể giải thích rõ được vấn đề này.

Qua hơn nửa thế kỷ, Ticho Brahe – nhà thiên văn Đan Mạch trên cơ sở các tư liệu quan sát chính xác, Keple – nhà thiên văn Đức đã dùng ba định luật miêu tả chính xác sự vận động của các hành tinh, được gọi là “Định luật Keple” hoặc “ba định luật của chuyển động hành tinh”.

Quỹ đạo của các hành tinh quay quanh Mặt Trời đều là hình elíp. Tâm sai của hình elíp khác nhau, Mặt Trời nằm trên một trong hai tiêu điểm của elíp. Đó là định luật thứ nhất trong ba định luật của Keple, tức là định luật quỹ đạo.

Định luật thứ hai của Keple phát biểu như sau:

Trong những khoảng thời gian bằng nhau thì đường nối liền giữa tâm hành tinh với tâm Mặt Trời sẽ quét thành những diện tích như nhau. Đó gọi là định luật diện tích. Căn cứ định luật này thì điểm ngày gần Mặt Trời nhất trên quỹ đạo hành tinh tốc độ chuyển động của nó nhanh hơn ở điểm ngày xa Mặt Trời nhất.

Định luật quỹ đạo và định luật diện tích được Keple đồng thời phát biểu trong cuốn sách “Tân thiên văn học” năm 1609. 10 năm sau, tức năm 1619 trong tác phẩm nổi tiếng “Bàn về sự điều hoà vũ trụ” Keple đã phát biểu định luật thứ 3 sau khi ông đã khảo sát lâu dài và phát hiện: bình phương chu kỳ T của các hành tinh quay quanh Mặt Trời tỷ lệ thuận với lập phương khoảng cách bình quân R của hành tinh đó đến Mặt Trời.
Định luật thứ 3 còn gọi là định luật điều hoà. Nếu dùng T1 và T2 phân biệt biểu thị chu kỳ của hai hành tinh quay quanh Mặt Trời; R1 và R2 phân biệt biểu thị khoảng cách bình quân của nó đến Mặt Trời thì công thức toán học được viết như sau:

Keple vô cùng phấn khởi khi tìm được định luật thứ 3. Ông từng vui sướng nói rằng: đó là điều mà tôi hy vọng suốt 16 năm qua.

Ba định luật chuyển động của hành tinh có một ý nghĩa quan trọng, không những các hành tinh tuân thủ theo nguyên tắc này, mà các vệ tinh của hành tinh cũng không ngoại lệ. Định luật thứ 3 càng chứng tỏ: chu kỳ các thiên thể quay quanh Mặt Trời và khoảng cách của nó đến Mặt Trời không phải là tuỳ ý, cũng không phải là ngẫu nhiên mà là tổng thể có trật tự nghiêm ngặt.