השמש, הירח והכוכבים נעים כולם בדרכים צפויות. לאורך ההיסטוריה, תרבויות בכל רחבי העולם השתמשו בדפוסים אלה כדי להסדיר את חייהן. לוחות שנה נועדו גם למטרות חקלאיות. כדי לערוך אותם השתמשו הקדמונים בימי השיוויון ובימי ההיפוך כדי לציין שינויים עונתיים. כדי לנווט על פני האדמה או הים, הם היו צריכים למפות את קבוצות הכוכבים. מוקדם סביב 2600 לפנה"ס נערכו תצפיות אסטרונומיות שהובילו לבניית מקדשים שהותאמו לאירועים אסטרונומיים בחלקים רבים של העולם. אלה לא היו תצפיות במובן המודרני, אלא מבנים שנוצרו סביב תמהיל עשיר של אסטרונומיה, דת ומיתולוגיה.
באדיבות pixabay
בעידן הטרום-מדעי, אנשים הסתייעו באסטרונומיה לצרכים מעשיים ללא כל הבנה אמיתית של הגופים השמימיים. הם השתמשו בכוכבים כדי לנווט במסעות באוקיינוס לאורך אלפי קילומטרים. הם יצרו לוחות שנה בעלי דיוק רב. בצורתה הפשוטה ביותר, האסטרונומיה מניבה רק את זוויות שבין הגופים בשמים אך לא נותנת מושג על גודלם או מרחקם מאיתנו. התרבויות המוקדמות הללו התייחסו אל השמים כממלכה על טבעית. התייחסות זו מסבירה את האמונה הרווחת באסטרולוגיה – אמונה טפלה הגורסת כי אירועים אסטרונומיים יכולים להשפיע על חיי האדם.
לידתה של המדע התרחשה ביוון בסביבות 500 לפה"ס ועד 150 לספירה. הפילוסופים היוונים העלו שתי תרומות יוצאת דופן: הם הפעילו את השיקול ההיגיוני לצורך הבנת היקום והם יישמו את עקרונות הגיאומטריה כדי למדוד את הגודל האמיתי ואת המרחקים של גופים בחלל. היוונים קבעו כי כדור הארץ והירח היו עולמות כדוריים בחלל והם הבינו את התאורה שמובילה למופעי הירח והליקויים. הם השתמשו בגיאומטריה של ליקויי ירח והשמש ובתצפיות אחרות כדי להעריך את הצורות והמרחקים היחסיים של הירח והשמש. הם גילו כיצד לבצע מדידה ישירה של היקף כדור הארץ. אריסטו פיתח מודל שבו כדור הארץ ניצב במנוחה במרכז היקום: קוסמולוגיה גיאוצנטרית. הרעיון הנועז לקוסמולוגיה ממוקדת בשמש או הגישה ההליוצנטרית נוצרה באותה תקופה, אך לא היו ראיות מספיקות לתמיכה בה. לכן, תפיסת העולם הגיאוצנטרית נבחרה על ידי תלמי בסיכום האסטרונומיה היוונית. לאחר נפילת הציוויליזציה היוונית, אסטרונומיה עשה התקדמות מעטים באירופה במשך כאלף שנים.
תרבויות אחרות ביקשו להבין את טבעו של היקום על ידי התבוננות בשמים. אסטרונומים ערבים חידשו את האסטרונומיה היוונית. הם גם קידמו את האופטיקה ושימרו את השמות שאנו משתמשים בהם עבור רבים מהכוכבים הבהירים בשמים. אסטרונומים בהודו בנו מצפים גדולים והמתמטיקאים ההודים יצרו את המערכת העשרונית, שהיא הבסיס למתמטיקה למערכת המדידה המטרית בימינו. אסטרונומים בסין סיפקו תיעוד כמעט בלתי פוסק לאורך 2000 שנה של אירועים שמימיים. אנדרטאות אסטרונומיות נבנו ברחבי אמריקה המרכזית ורבים מהם מציגים מודעות מתוחכמת של מחזורי השמים. כל תרבות פיתחה אסטרונומיה עם טעם ייחודי במטרה להבין את מקומו של האדם ביקום.
באדיבות pixabay
המהפכה הקופרניקאית היתה תקופה קצרה יחסית של שינוי דרמטי בתפיסה האנושית, שבה בני האדם עברו מחשיבה על כדור הארץ כמרכז קבוע של היקום, להבנה שכדור הארץ הוא רק אחד מכמה כוכבי לכת הנעים סביב השמש. שינוי זה בחשיבה לא קרה בן יום, לא תצפית אחת שינתה את המודל היווני של היקום. המהפכה הקופרניקאית מראה כי התקדמות המדע נפתלת, וקיימות בה תפניות ואפילו נסיגות. לעיתים עלול להיות מסוכן להמשיך רעיון חדש ולא פופולרי.
קופרניקוס הראה כי ניתן לצמצם את המורכבות והשרירותיות של המודל התלמיי אם ממקמים את השמש במרכז מסלולי הפלנטות. האלגנטיות והכלכלה של המודל הקופרניקני חיזקו את התמיכה בו. טיכו ברהיי (Tycho Brahe) הפיק, בעזרת המודל הקופרניקני, סדרה חדשה ומדויקת של נתונים הנוגעים לתנועות כוכבי הלכת. קפלר הוכיח המסלולים של הפלנטות מתוארים טוב יותר כאליפסות שהשמש באחד המוקדים, מאשר כמעגלים ובמרכזם כדור הארץ. קפלר הוסיף גם תאור של יחסים פשוטים בין רדיוס מסלולי הפלנטות וזמני ההקפה שלהן. גלילאו נטש את הפיזיקה העתיקה,. כאדם הראשון שהיפנה טלסקופ לשמים, תצפיותיו הראו כי המודל הקופרניקני נכון, וכי כוכבי הלכת הם עולמות הדומים לכדור הארץ, עם הירחים משלהם וגיאולוגיה אופינית. הישג זה הוביל לרעיון ריבוי העולמות. רעיון זה קובע כי ישנם כוכבי לכת רבים, לחלק מהם עשויים להיות תכונות הדומות לתכונות כדור הארץ. ייתכן שישנם כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים, ואולי אפילו קיימות צורות חיים נוספות. אפשרויות אלו הן מודרניות להפליא – הן מעבירות את כדור הארץ ממרכז הבריאה, וההתייחסות אליו היא כאל גוף אסטרונומי אחד מני רבים.
אייזק ניוטון הפך את רעיונות של המהפכה הקופרניקאית לחוקים מתמטיים. חוקי הכבידה והתנועה מאפשרים לחזות את תנועות הכוכב או החללית. חוק הכבידה העולמי של ניוטון נותן ביטוי מתמטי לכוח הכבידה. כוח הכבידה הנמצא ביחס ישר להופכי של ריבוע המרחק, כוח הכובד יורד במהירות עם המרחק מן הגוף המושך. ניוטון הראה כי כל הגופים הבאים: סלע נופל, הירח במסלולו ושביט נשלטים על ידי אותו סוג של כוח. באמצעות החלת חוקי הכבידה והתנועה של ניוטון, יכולים האסטרונומים לחשב את המהירות הדרושה כדי לנסוע בחלל הבין-כוכבי, לשגר טלסקופים גדולים למסלול סביב כדור הארץ, ולשלוח חיישנים לירח ולפלנטות אחרות. בדיקות אלה, הובילו בהמשך להתקדמות עצומה בהבנת הסביבה הקוסמית שבה אנו חיים.