В 1609 г. Кеплер опубликовал два своих первых закона о движении планет:

1) каждая планета движется вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце;

2) скорость движения планеты увеличивается с приближением ее к Солнцу, и притом так, что площадь, описываемая радиусом вектором планеты в единицу времени, всегда остается постоянной.

Это было великим достижением. Впервые наука отказалась от установившейся веры в круговые движения и дала точные правила для, расчета положений планет на орбитах. Но Кеплер пошел еще дальше. Он был убежден, что во всей структуре Солнечной системы должна быть определенная закономерность, и после многолетней работы в 1618 г. ученый ее нашел и опубликовал в 1619 г. в виде третьего закона, связывающего размеры планетных орбит с периодами обращения планет вокруг Солнца.

Закон гласил: кубы больших полуосей орбит, т. е. средних расстояний планет от Солнца, относятся между собой, как квадраты времен обращений планет вокруг Солнца. Все три весьма простых закона Кеплера оказались совершенно точными в пределах возможностей тогдашних наблюдений. Таким образом, перед астрономией встала новая первоочередная задача: определить размеры планетных орбит, в том числе и орбиты Земли как одного из рядовых членов планетной системы.

Открытые Кеплером законы описывают движение планет, но не раскрывают физической природы этих небесных тел. Новая эпоха в исследовании планет началась с изобретением телескопа. Изобретение первой зрительной трубы приписывается голландцу Липперсгею, но первым, кто направил ее на небо, был великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564— 1642). Первая труба, собранная Галилеем в 1610 г., состояла из одной двояковыпуклой линзы большего размера (объектива) и двояковогнутой линзы меньшего размера (окуляра) и потому не позволяла проектировать изображение ярких светил, например, Солнца на внешний экран. В нее можно было только смотреть непосредственно глазом. Галилей наблюдал в свой телескоп даже Солнце, правда, когда оно просвечивало сквозь туман и его яркость была значительно ослаблена, но все же ученый настолько повредил себе глаза, что к концу жизни полностью ослеп.

Галилей сделал много важных открытий, раскрывающих физическую природу космических (небесных) тел. На Солнце он открыл темные пятна, которые медленно перемещаются по его диску вследствие вращения Солнца вокруг оси. Этим было наглядно показано, что космические тела обладают собственным вращением и что даже на таком «совершенном» и «чистом» по прежним воззрениям светиле, как Солнце, могут быть «дефекты».

Все планеты представлялись при наблюдении в телескоп в виде дисков, в противоположность мерцающим точкам звездам, причем у Венеры Галилей обнаружил фазы, похожие на фазы Луны. Эти фазы наглядно свидетельствовали о том, что Венера действительно обращается вокруг Солнца в точном соответствии с теорией Коперника.

У Юпитера Галилей открыл четырех спутников, которые до сих пор сохранили название Галилеевых (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто). Около Сатурна он увидел какие-то придатки, природы которых так и не смог разгадать. Только много лет спустя Гюйгенс в 1658 г. с помощью гораздо более сильного телескопа распознал плоское кольцо, окружавшее планету в плоскости ее экватора.

На Луне Галилей открыл горы, преимущественно кольцевые, и обширные темные пятна, которые он счел морями. Наконец, в свой небольшой телескоп Галилей обнаружил множество звезд, в особенности в Млечном Пути, недоступных невооруженному глазу. Все открытия Галилея подтверждали гелиоцентрическую теорию и подрывали давно установившиеся порочные представления с мире, освященные церковным авторитетом.

Свои материалистические взгляды на строение Вселенной Галилей высказал в известной книге «Диалог о двух главнейших системах мира» (изданной в 1632 г.), в которой он, в разговорной форме между тремя участниками, сформулировал аргументы в защиту гелиоцентрической теории и высмеял ее противников. За эту книгу Галилей в 1633 г. был вызван в Рим на суд инквизиции, где ему было предъявлено обвинение в ереси и он, по настоянию своих учеников, чисто формально отрекся от своих взглядов. Но, как и следовало ожидать, ученый не восстановил к себе доверия со стороны церкви, и весь остаток жизни он, будучи уже слепым, провел под гласным надзором инквизиции.

Итак, уже с начала XVII столетия истинная картина строения Солнечной системы начинала становиться все более ясной и бесспорной для передовых умов того времени и вместе с тем продолжала быть предметом яростных нападок со стороны господствующей церкви, видящей в ней подрыв своего авторитета.