wczesne teorie

Mechanika nieba ma swoje początki we wczesnej astronomii, w której zaobserwowano i przeanalizowano ruchy Słońca, Księżyca i pięciu planet widocznych gołym okiem—Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna. Słowo planeta pochodzi od greckiego słowa oznaczającego wędrowca i dla niektórych kultur naturalnym było podniesienie tych obiektów poruszających się na stałym tle nieba do statusu bogów; status ten przetrwał w pewnym sensie dzisiaj w astrologii, gdzie uważa się, że pozycje planet i Słońca w jakiś sposób wpływają na życie jednostek na Ziemi. Boski status planet i ich domniemany wpływ na działalność człowieka mogły być główną motywacją do uważnych, ciągłych obserwacji ruchów planet oraz do opracowania skomplikowanych schematów przewidywania ich pozycji w przyszłości.

Grecki astronom Ptolemeusz (który żył w Aleksandrii około 140 roku n. e.) zaproponował system ruchu planet, w którym ziemia była stała w centrum i wszystkie planety, Księżyc i słońce orbitowały wokół niego. Jak widzi obserwator na Ziemi, planety poruszają się po niebie w zmiennym tempie. Czasami nawet odwracają swój kierunek ruchu, ale po chwili wznawiają dominujący kierunek ruchu. Aby opisać ten zmienny ruch, Ptolemeusz założył, że planety obracały się wokół małych okręgów zwanych epicyklami w równomiernym tempie, podczas gdy środek okręgu epicykl okrążał Ziemię po dużym okręgu zwanym deferent. Inne różnice w ruchu zostały uwzględnione przez przesunięcie ośrodków deferent dla każdej planety od ziemi o niewielką odległość. Wybierając odpowiednio kombinację prędkości i odległości, Ptolemeusz był w stanie przewidzieć ruchy planet z dużą dokładnością. His scheme was adopted as absolute dogma and survived more than 1,000 years until the time of Copernicus.

Mikołaj Kopernik zakładał, że Ziemia jest po prostu kolejną planetą, która okrąża Słońce wraz z innymi planetami. Wykazał, że ten model heliocentryczny (skoncentrowany na słońcu) jest zgodny ze wszystkimi obserwacjami i że jest znacznie prostszy niż schemat Ptolemeusza. Jego przekonanie, że ruch planetarny musi być kombinacją jednorodnych ruchów kolistych, zmusiło go do włączenia serii epicykli, aby dopasować ruchy na orbitach pozaziemskich. Epicykle były jak terminy w serii Fouriera, które są używane do reprezentowania ruchów planet. (Szereg Fouriera jest nieskończoną sumą terminów okresowych, które oscylują między wartościami dodatnimi i ujemnymi w płynny sposób, gdzie częstotliwość oscylacji zmienia się z terminu na termin. Reprezentują coraz lepsze przybliżenia do innych funkcji, ponieważ zachowanych jest coraz więcej terminów.) Kopernik ustalił również względną skalę swojego heliocentrycznego Układu Słonecznego, z wynikami, które są niezwykle bliskie współczesnemu określeniu.

Tycho Brahe (1546-1601), który urodził się trzy lata po śmierci Kopernika i trzy lata po opublikowaniu heliocentrycznego modelu układu słonecznego, nadal przyjmował model geocentryczny, ale miał tylko słońce i Księżyc krążące wokół Ziemi i wszystkie inne planety krążące wokół Słońca. Chociaż model ten jest matematycznie równoważny z modelem heliocentrycznym Kopernika, stanowi niepotrzebną komplikację i jest fizycznie nieprawidłowy. Największym wkładem Tycho było ponad 20 lat obserwacji nieba, które zebrał; jego pomiary pozycji planet i gwiazd miały niespotykaną dokładność około 2 minut łuku. (Minuta łuku to 1/60 stopnia.)