Ένα σημαντικό πρόβλημα που απασχολούσε τους Αρχαίους Έλληνες αστρονόμους και αυτούς της Αλεξανδρινής περιόδου (Αρίσταρχο το Σάμιο (310-250 π.Χ.), Ερατοσθένη τον Κυρηναίο (275-194 π.Χ.), Ίππαρχο (190-120 π.Χ.) κ.ά.) ήταν η μέτρηση των αποστάσεων και γενικότερα των διαστάσεων των μελών του ηλιακού συστήματος. Τελικά ο υπολογισμός των αποστάσεων των πλανητών από τον Ήλιο έγινε δυνατός, όταν διατυπώθηκε από τον Κοπέρνικο (1473­1543 μ.Χ.) η θεωρία του για τις τροχιές των πλανητών. Σύμφωνα με αυτήν ο Ήλιος κατέχει το κέντρο του ηλιακού συστήματος και οι πλανήτες κινούνται γύρω απ' αυτόν σε κυκλικές τροχιές. Έτσι άρχισε ο υπολογισμός των ακτίνων των τροχιών των πλανητών.

Ο ίδιος ο Κοπέρνικος υπολόγισε τον λόγο της ακτίνας της τροχιάς της Γης προς την ακτίνα της τροχιάς της Αφροδίτης, βασιζόμενος στην παρατήρηση ότι η τροχιά της Αφροδίτης βρίσκεται σχεδόν στο ίδιο επίπεδο με την τροχιά της Γης και, όταν την παρατηρούμε από τη Γη, φαίνεται απλώς να κινείται μπρος - πίσω σε σχέση με τον Ήλιο. Η Αφροδίτη εμφανίζεται στην ανατολή πριν από τον Ήλιο με μέγιστη αποχή 46^ο ή στη δύση μετά από αυτόν, επίσης με μέγιστη αποχή 46^ο.

Χρησιμοποιώντας την τριγωνομετρία υπολόγισε ότι : όπου RA ,RΓ οι ακτίνες τροχιάς της Αφροδίτης και της Γης, αντίστοιχα.

Έτσι, υπολόγισε ότι η ακτίνα της τροχιάς της Αφροδίτης πρέπει να είναι το 72% της ακτίνας της τροχιάς της Γης. Γνωρίζοντας το μήκος της ακτίνας της τροχιάς της Γης, όπως την είχαν εκτιμήσει οι Αρχαίοι Έλληνες (Ο Αρίσταρχος ο Σάμιος είχε υπολογίσει την απόσταση Γης-Ηλίου κατά 20 φορές μικρότερη από την πραγματική), υπολόγισε το μήκος της ακτίνας της τροχιάς της Αφροδίτης. Ανάλογα υπολόγισε και τις ακτίνες των τροχιών των άλλων πλανητών. Βασιζόμενος στους υπολογισμούς του και στην παραδοχή ότι οι τροχιές των πλανητών είναι κυκλικές, προσπάθησε να προβλέψει τη θέση τους στις επόμενες χρονικές στιγμές. Αυτό όμως δεν έγινε δυνατό και έτσι αποφάσισε να τροποποιήσει το μοντέλο του, ώστε να πετύχει μια καλύτερη συμφωνία μεταξύ των παρατηρήσεων και των υπολογισμών του.

Η γωνία Γη-Ήλιος-Αφροδίτη ονομάζεται αποχή της Αφροδίτης.

Δεν τα κατάφερε, και αυτή η ασυμφωνία έκανε πολλούς να αμφισβητήσουν τη θεωρία του.

Αντίθετα με τον Κοπέρνικο, ο Τύχο Μπραχέ άρχισε να παρατηρεί (χωρίς τηλεσκόπιο) συστηματικά τις θέσεις όλων των πλανητών (τότε ήταν μόνο πέντε γνωστοί) και να τηρεί ένα αρχείο των παρατηρήσεών του, με σκοπό να προσδιορίσει το μοντέλο του ηλιακού συστήματος. Κατέγραψε τις θέσεις τους για είκοσι και πλέον χρόνια και με ακρίβεια μεγαλύτερη του 1/60 της μοίρας. Έτσι, οποιαδήποτε θεωρία για το ηλιακό σύστημα, για να γίνει απο-δεκτή, έπρεπε να συμφωνεί με αυτές τις παρατηρήσεις. Αυτές οι παρατηρήσεις αποτέλεσαν τη βάση των ερευνών του Κέπλερ, που ήταν μαθητής και συνεργάτης του Μπραχέ.

Ο Κέπλερ μελετώντας τα στοιχεία της τροχιάς του Άρη προσπάθησε να τα επαληθεύσει, υποθέτοντας ότι η τροχιά του είναι κυκλική με κέντρο διαφορετικό του Ήλιου. Διαπιστώνοντας ότι δεν υπήρχε συμφωνία σχεδίασε σημείο προς σημείο τις θέσεις του Άρη και διαπίστωσε το "ωοειδές" σχήμα της τροχιάς του. Πέρασαν αρκετά χρόνια για να καταλάβει ότι αυτό το σχήμα ήταν έλλειψη, με τον Ήλιο στη μία εστία της. Δοκιμάζοντας αυτήν την ιδέα και στους άλλους πλανήτες, κατέληξε στον πρώτο νόμο. Χρησιμοποιώντας το σχέδιο της τροχιάς του Άρη και τα σημεία που αντιστοιχούσαν σε ίσα χρονικά διαστήματα, διαπίστωσε ότι ο πλανήτης δεν κινείται πάντοτε με την ίδια ταχύτητα. Αναζητώντας μια σταθερή σχέση σε αυτή την ακανόνιστη κίνηση, κατέληξε στη διατύπωση του δεύτερου νόμου. Παρατηρώντας προσεκτικά τα στοιχεία των παρατηρήσεων του Μπραχέ είχε να λύσει ένα ακόμα μυστήριο: Τη σχέση ανάμεσα στο χρόνο της περιφοράς του πλανήτη γύρω από τον Ήλιο και στην ακτίνα της τροχιάς του. Κατασκευάζοντας έναν πίνακα με τις ακτίνες των τροχιών των πλανητών και τον χρόνο περιστροφής τους, κατέληξε στη διατύπωση του τρίτου νόμου.

Ο Γαλιλαίος (1564 - 1642) έχοντας στα χέρια του, για πρώτη φορά στην ιστορία της επιστήμης, ένα μικρό τηλεσκόπιο που έδειχνε τα αντικείμενα μόλις τρεις φορές μεγαλύτερα το έστρεψε στον ουρανό. Βλέπει για πρώτη φορά τους πλανήτες σαν φωτεινούς δίσκους. Τα αστέρια παραμένουν φωτεινά σημεία αλλά είναι πολύ περισσότερα και πιο μακριά το ένα από το άλλο. Παρατηρεί ανωμαλίες στην επιφάνεια της Σελήνης και κηλίδες στην, κατά τα άλλα τέλεια επιφάνεια του Ήλιου. Παρατηρεί τις φάσεις της Αφροδίτης και διαπιστώνει ότι αυτές ταιριάζουν καλύτερα στο μοντέλο του Κοπέρνικου, παρά σε αυτό του Πτολεμαίου, αρκεί να θεωρηθεί ότι η τροχιά της βρίσκεται στο εσωτερικό της τροχιάς της Γης. Η ανακάλυψη των τεσσάρων δορυφόρων του Δία τον ενθουσιάζει και γράφει σχετικά για αυτό στον Κέπλερ: "Μπορώ να αποδείξω ότι είναι ευκολότερο να εξηγήσεις την φαινόμενη κίνηση του Ήλιου, της Σελήνης και των πλανητών με την Κοπερνίκεια υπόθεση, απ΄ ότι με τη θεωρία του Πτολεμαίου. Οι δορυφόροι του Δία, ο δακτύλιος του Κρόνου, το δρεπάνι της Αφροδίτης και πολλά άλλα φαινόμενα που ανακάλυψα ενισχύουν τη θεωρία του Κοπέρνικου" (Alfred Renyi, διάλογοι για τα Μαθηματικά). Τα βιβλία του "Διάλογοι για τα δύο παγκόσμια συστήματα" (1661) και "Ομιλίες που αφορούν δυο νέες επιστήμες" (1662-1665) ανοίγουν τον δρόμο στον I. Newton να διατυπώσει τη θεωρία του για τις κινήσεις των σωμάτων και την παγκόσμια έλξη.

"Γιατί τα μήλα πέφτουν στο έδαφος;" "Γιατί η Σελήνη δεν πέφτει στη Γη;" "Γιατί κινούνται τα αντικείμενα;" Στα ερωτήματα αυτά προσπάθησαν πολλοί ερευνητές να δώσουν απάντηση. Ο Λεονάρντο ντα Βίντσι (1452-1519), ο Κοπέρνικος, ο Τύχο Μπραχέ, o Κέπλερ, o Γαλιλαίος, ο Καρτέσιος (1596-1650) είναι μερικοί από αυτούς. Όλοι συνεισέφεραν, άλλοι με τις παρατηρήσεις τους, άλλοι με τις εκτιμήσεις τους και τις υποθέσεις τους. Την οριστική και πλήρη απάντηση, το τέλος αυτής της περιπέτειας και την αρχή μίας νέας εποχής έδωσε o Νεύτωνας με το βιβλίο του "Οι Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας", που δημοσίευσε το 1687. Εκεί διατυπώνει τους τρεις νόμους του για τις κινήσεις καθώς και τον νόμο της παγκόσμιας έλξης.