tidiga teorier

Celestial mechanics har sin början i tidig astronomi där rörelserna från solen, månen och de fem planeterna synliga för det blotta ögat—Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus—observerades och analyserades. Ordet planet härstammar från det grekiska ordet för vandrare, och det var naturligt för vissa kulturer att höja dessa föremål som rör sig mot himlens fasta bakgrund till gudarnas status; denna status överlever på något sätt idag i astrologi, där planeternas och solens positioner tros på något sätt påverka individernas liv på jorden. Planeternas gudomliga status och deras förmodade inflytande på mänskliga aktiviteter kan ha varit den primära motivationen för noggranna, fortsatta observationer av planetariska rörelser och för utvecklingen av utarbetade system för att förutsäga deras positioner i framtiden.den grekiske astronomen Ptolemaios (som bodde i Alexandria omkring 140 e.Kr.) föreslog ett system för planetarisk rörelse där Jorden var fixerad i mitten och alla planeter, månen och solen kretsade runt den. Som sett av en observatör på jorden rör sig planeterna över himlen i varierande takt. De vänder till och med sin rörelseriktning ibland men återupptar den dominerande rörelseriktningen efter ett tag. För att beskriva denna variabla rörelse antog Ptolemaios att planeterna kretsade kring små cirklar som kallades epicykler i en enhetlig takt medan Centrum för den epicykliska cirkeln kretsade runt jorden på en stor cirkel som kallades en deferent. Andra variationer i rörelsen redovisades genom att kompensera centren för uppskjutningen för varje planet från jorden på kort avstånd. Genom att välja kombinationen av hastigheter och avstånd på lämpligt sätt kunde Ptolemaios förutsäga planeternas rörelser med stor noggrannhet. His scheme was adopted as absolute dogma and survived more than 1,000 years until the time of Copernicus.

Nicolaus Copernicus antog att jorden bara var en annan planet som kretsade runt solen tillsammans med de andra planeterna. Han visade att denna heliocentriska (centrerad på solen) modell var förenlig med alla observationer och att det var mycket enklare än Ptolemaios system. Hans tro på att planetrörelse måste vara en kombination av enhetliga cirkulära rörelser tvingade honom att inkludera en serie epicykler för att matcha rörelserna i de icke-cirkulära banorna. Epicyklerna var som termer i Fourier-serien som används för att representera planetrörelser idag. (En Fourier-serie är en oändlig summa av periodiska termer som svänger mellan positiva och negativa värden på ett smidigt sätt, där oscillationsfrekvensen ändras från term till term. De representerar bättre och bättre approximationer till andra funktioner när fler och fler termer hålls.) Copernicus bestämde också den relativa skalan för sitt heliocentriska solsystem, med resultat som är anmärkningsvärt nära den moderna bestämningen.Tycho Brahe (1546-1601), som föddes tre år efter Copernicus död och tre år efter publiceringen av den senare heliocentriska modellen av solsystemet, omfamnade fortfarande en geocentrisk modell, men han hade bara solen och månen som kretsade runt jorden och alla andra planeter som kretsade runt solen. Även om denna modell är matematiskt ekvivalent med den heliocentriska modellen av Copernicus, representerar den en onödig komplikation och är fysiskt felaktig. Tychos största bidrag var de mer än 20 år av himmelska observationer han samlade in; hans mätningar av planeternas och stjärnornas positioner hade en oöverträffad noggrannhet på cirka 2 bågminuter. (En bågminut är 1/60 av en grad.)