Све у свемиру је у покрету. Месеци орбитирају планете, које заузврат орбитују звезде. Галаксије имају милионе и милионе звијезда које круже у њима, а преко веома великих скала, галаксије орбитирају у гигантским кластерима. На скали соларног система примећујемо да је већина орбита углавном елиптична (врста спљоштеног круга). Објекти ближи својим звијездама и планетима имају брже орбите, док удаљеније имају дужу орбиту.
Требало је много времена да посматрачи неба схвате ове покрете, а за њих знамо захваљујући делу ренесансног генија по имену Јоханнес Кеплер (који је живео од 1571 до 1630). Гледао је у небо с великом радозналошћу и горућом потребом да објасни кретање планета док се чинило да лутају небом.
Кеплер је био немачки астроном и математичар чије су идеје у основи промениле наше разумевање кретања планета. Његово најпознатије дело произилази из запослености данског астронома Тицхо Брахе (1546-1601). Населио се 1599. године у Прагу (тада место суда немачког цара Рудолфа) и постао дворски астроном. Тамо је ангажовао Кеплера, који је био математички гениј, да изврши своје прорачуне.
Кеплер је студирао астрономију много пре него што је упознао Тицха; он је фаворизирао Коперников поглед на свет који је рекао да планете круже око Сунца. Кеплер се такође дописивао са Галилеом о својим запажањима и закључцима.
На крају, на основу свог рада, Кеплер је написао неколико дела о астрономији, укључујући Астрономиа Нова, Хармоницес Мунди, и Спој коперничке астрономије. Његова запажања и прорачуни инспирисали су касније генерације астронома да граде на његовим теоријама. Радио је и на проблемима у оптици, а посебно је изумио бољу верзију рефрактивног телескопа. Кеплер је био дубоко религиозан човек и такође је веровао у неке астролошке принципе током свог живота.
Тепле Брахе је Кеплеру добио задатак да анализира запажања која је Тицхо извршио од планете Марс. Та су запажања укључивала врло тачна мерења положаја планете, која се нису слагла ни са Птоломејевим мерењима ни са Коперниковим налазима. Од свих планета, предвиђени положај Марса имао је највеће грешке и самим тим је представљао највећи проблем. Подаци компаније Тицхо били су најбољи доступни пре проналаска телескопа. Док је Кеплеру плаћао помоћ, Брахе је љубоморно чувао своје податке и Кеплер се често трудио да прикупи цифре које су му потребне за посао.
Када је Тицхо умро, Кеплер је успео да добије Брахеове опсервацијске податке и покушао је да загонетка шта значе. 1609, исте године које Галилео Галилеи прво је окренуо телескоп према небу, Кеплер је опазио шта је мислио да би могао бити одговор. Тачност Тицхових опажања је била довољна да Кеплер покаже да ће Марсова орбита тачно одговарати облику елипсе (издужени, готово јајолики облик круга).
Његово откриће је Јоханеса Кеплера први схватило да се планете у нашем Сунчевом систему крећу у елипсама, а не у круговима. Он је наставио своја истраживања, коначно развијајући три принципа кретања планета. Они су постали познати као Кеплерови закони и револуционирали су планетарну астрономију. Много година после Кеплера, Сир Исаац Невтон доказао да су сва три Кеплерова закона директни резултат закона гравитације и физике који управљају силама на делу између разних масивних тела. Дакле, шта су Кеплерови закони? Ево кратког прегледа њих, помоћу терминологије коју научници користе да опишу орбиталне покрете.
Кеплеров први закон каже да се „све планете крећу по елиптичној орбити са Сунцем у једном фокусу, а други фокус празан“. То важи и за комете који орбитирају око Сунца. Примењено на земаљске сателите, средиште Земље постаје један фокус, а други фокус празан.
Кеплеров други закон назива се законом области. Овај закон каже да се „линија која спаја планету са Сунцем протеже преко једнаких подручја у једнаким временским интервалима“. Да бисте разумели закон, размислите када сателит орбитира. Замишљена линија која га спаја са Земљом протеже се преко једнаких подручја у једнаким временским периодима. Сегменти АБ и ЦД имају једнаку количину за покривање. Због тога се брзина сателита мења у зависности од његове удаљености од центра Земље. Брзина је највећа у тачки у орбити најближој Земљи, која се назива перигее, а најспорија је у тачки која је најудаљенија од Земље, а назива се апогеј. Важно је напоменути да орбита коју прати сателит не зависи од његове масе.
Кеплеров трећи закон назива се законом периода. Овај закон односи се на време потребно планети да изврши једно комплетно путовање око Сунца до његове средње удаљености од Сунца. Закон каже да је "за било који планет, квадрат његовог периода револуције директно пропорционалан коцки његове средње удаљености од Сунца." Примењен на земаљске сателите, Кеплеров трећи закон објашњава да што је сателит удаљенији од Земље, што дуже ће проћи да би завршио орбиту, већа је удаљеност коју ће прећи да би завршио орбиту и спорија ће бити њена просечна брзина бити. Други начин да се ово размисли је да се сателит креће најбрже када је најближи Земљи, а спорије када је даље.