Во многих случаях с появлением более совершенных инструментов ранее применявшиеся астрономические концепции уступают место новым. Иногда общество тяжело принимает смену концепции, но новые наблюдения позволяют избежать застоя в науке, поэтому ученый не должен бояться открывать новые пути. При этом его ждет множество препятствий, а предел, которого можно достичь, неизвестен.

Одним из препятствий на пути науки была церковь. Этот институт, который традиционно играл роль хранителя знаний, не слишком тепло воспринял новые результаты астрономических наблюдений, полученные с помощью телескопов, подобно тому, как в 2006 году часть общества протестовала против лишения Плутона статуса планеты.

Николай Коперник (1473–1543) потратил 20 или 25 лет на работу над трудом «О вращении небесных сфер» (De revolutlonibus orbitum calestium), в котором, вопреки официальной доктрине того времени, утверждал, что Земля и остальные планеты движутся по окружностям вокруг Солнца, вблизи которого находится центр Вселенной. По мнению Коперника, планеты располагались в следующем порядке (считая от Солнца): Меркурий, Венера, Земля и Луна, Марс, Юпитер, Сатурн.

Звезды располагаются намного дальше, чем Солнце, и неподвижны относительно него. Ретроградное движение планет является следствием движения Земли, а она, в свою очередь, вращается не только вокруг Солнца, но и вокруг собственной оси.

Кроме того, ось вращения Земли наклонена, что является причиной смены времен года. Следует отметить, что Коперник увидел первый опубликованный экземпляр своего труда в день смерти, в 1543 году. Его работа была революционной в полном смысле этого слова и привела к огромным изменениям в науке.

Немецкая марка, выпущенная к 500-летию со дня рождения Николая Коперника.

Помимо портрета астронома, на ней изображены обложка его книги «О вращении небесных сфер» и схема предложенной им гелиоцентрической модели.

Все то время, что Коперник провел в сане епископа, он терпеливо и скрупулезно вел астрономические наблюдения, по результатам которых и была впоследствии написана книга «О вращении небесных сфер». Коперник перечислил явления, которые нельзя было корректно объяснить в геоцентрической модели. Так, она не позволяла с точностью предсказать движение Солнца и Луны на год, с ее помощью нельзя было объяснить, почему движение планет в одних случаях описывалось концентрическими окружностями, а в других — эксцентриками, зачем нужны экванты и эпициклы. Вселенная в геоцентрической модели была лишена цельности и единства.

Коперник же предложил рациональную систему окружностей, в которой движение всех планет описывалось одними и теми же законами. Он решил проблему параллакса, предположив, что звезды находятся от нас на огромном расстоянии, и указав, что единственной причиной движения небесной сферы является движение Земли.

Коперник также утверждал, что движение Солнца по небу вызвано вращением Земли вокруг своей оси, а ретроградное и прямое движение планет объясняется их движением относительно Земли.

Главным героем еще одной революции в астрономии стал итальянский ученый Галилео Галилей (1564–1642), который в 1609 году впервые использовал для наблюдений телескоп. С его легкой руки этот прибор сыграл важнейшую роль в развитии астрономии в последующие столетия.

Портрет Галилея кисти фламандского художника Юстуса Сустерманса (1636).

Среди многочисленных достижений Галилея особо отметим открытие четырех спутников Юпитера 7 января 1610 года, после которого стало понятно, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли. Также Галилей заметил, что фазы Венеры нельзя было объяснить с помощью модели Птолемея, в которой эта планета располагалась между Меркурием и Солнцем. Согласно Птолемею, размеры Венеры во всех фазах были одинаковыми, однако в реальности полная Венера выглядела маленькой, а растущая и стареющая казалась намного больше. Сам Галилей осмелился опубликовать результаты своих наблюдений Венеры лишь в 1623 году, нанеся тем самым сильнейший удар по геоцентрической модели.

Слева — фазы Меркурия и Венеры в гелиоцентрической модели. Видимый размер планеты в той или иной фазе зависит от ее расстояния до Земли. Справа — те же фазы Венеры в геоцентрической модели. Видимый размер планеты всегда будет одинаковым, а с помощью эпициклов можно объяснить лишь небольшие изменения размеров, не соответствующие результатам наблюдений.

Иезуиты, не желая принимать гелиоцентрическую модель Коперника, пошли на отчаянный шаг — они решили использовать забытую к тому времени систему, предложенную датским астрономом Тихо Браге (1546–1601). Браге считал, что Земля неподвижна, Солнце и Луна вращаются вокруг Земли, а Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн — по круговым орбитам вокруг Солнца.

Эта модель была промежуточным этапом на пути от геоцентрической системы Птолемея к гелиоцентрической системе Коперника.

Система, предложенная Тихо Браге, была промежуточным этапом на пути от геоцентрической системы к гелиоцентрической.

В своем монументальном трактате «Звездный вестник», который увидел свет в 1609 году, Галилей опроверг представления о совершенстве и неподвижности небосвода, на чем настаивали Аристотель и Птолемей. Результаты наблюдений четко показывали: на Луне существуют горы (Галилей даже привел оценку их высоты), следовательно, ее поверхность не является гладкой. Он также утверждал, что число звезд, видимых в телескоп, было в два раза больше, при этом их размер не менялся, как происходило при наблюдении Луны и планет. Это доказывало тезис Коперника о том, что неподвижные звезды находятся на громадном расстоянии, и объясняло отсутствие параллакса, который, как утверждали сторонники геоцентрической модели, должен был наблюдаться при изменении положения Земли на орбите. Было очевидно, что параллакс звезд наблюдался не из-за неподвижности Земли, а потому, что звезды находились очень далеко от нее.

Еще одно доказательство несовершенства небесных тел и их изменчивости Галилей привел, опубликовав в 1612 году результаты наблюдений пятен на Солнце. Изучив эти пятна, он показал, что Солнце вращается вокруг своей оси. Это значит, что Земля тоже может вращаться вокруг своей оси.