波兰科学家尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473—1543）于1543年发表《天体运行论》这部巨著，推翻了统治人类思想1800多年的地心说，确立了日心地动说。哥白尼通过发现行星的不规则运动和它们与地球距离的变化，证明地球并不是它们运动的唯一中心。哥白尼断言，不是太阳绕地球转，而是地球绕太阳转。太阳是静止的，它的运动是地球运动的反映；同理可以解释恒星的东升西落；而行星的环状运行，乃是行星本身运动和地球运动的联合结果。哥白尼大胆宣告：“太阳是宇宙的中心。”（陈自悟，1980）31－32

作为现代科学先驱的哥白尼，确认地球不是宇宙中心，而是行星之一，从而掀起天文学的一场革命。哥白尼革命不仅是天文学史上划时代的大事，而且也是与宗教神学的一次重要抗争，从此自然科学走上独立于中世纪神学的发展道路。意大利自然哲学家乔尔丹诺·布鲁诺（Giordano Bruno，1548—1600）赞同哥白尼学说，积极宣传，并进一步提出宇宙无限的新宇宙观，是西方思想史上的一个重要人物。布鲁诺的离经叛道激怒了罗马教廷，他于1600年被宗教裁判所判为“异端”，烧死在罗马鲜花广场。

丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601）研究了精密天文学的大多数问题。他测定的大多数重要的天文学常数达到了前所未有的精确度。他的工作在他死后结出了极其丰硕的成果。由于他的勤勉、专注以及他的仪器和方法精良，他也曾做出了若干重要的天文发现（沃尔夫，1997）138。他最早对仙后座中的那颗新星进行了观测，发现这颗新星相对周围的恒星没有明显的周日变化（视差），而如果它像月球一样离我们很近的话，情况就不会如此，它也没有像行星那样的自身运动。他从而得出结论说，这颗新星肯定位于恒星区域。而按照当时公认的亚里士多德宇宙学，恒星区域里不可能发生物理变化。第谷后来对彗星也引出了一个与此相似的结论。他对这种天体进行了一系列观察，这项工作开始于对1577年大彗星的观察，他证明了彗星没有显示明显的昼日视差，因而肯定比月球遥远得多（沃尔夫，1985）138－139。后来受丹麦国王腓特烈二世的邀请，在汶岛建造天堡观象台，经过20年的观测，第谷发现了许多新的天文现象。第谷曾提出一种介于地心说和日心说之间的宇宙结构体系，他认为所有行星都绕太阳运动，而太阳率领众行星绕地球运动。第谷所做的观测精度之高，是他同时代的人望尘莫及的。第谷编制的一部恒星表相当准确，至今仍然有使用价值。

意大利物理学家和天文学家伽利略（Galileo Galilei，1564—1642）被誉为近代科学之父，他在科学实验的基础上融汇贯通了数学、物理学和天文学三门知识，改变了人类对物质运动和宇宙的认识。伽利略从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等，从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础，反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了哥白尼的日心学说。他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。伽利略率先倡导数学与实验相结合的研究方法，这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉，也是他对近代科学的最重要贡献（解俊民，1987）。1632年，伽利略出版了他的划时代巨著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（以下简称《对话》）。《对话》一开头是批评亚里士多德的下述学说：天体与地球在性质和组成上完全不同，天永远不变。新星和太阳黑子的出现被引用来作为反对的证据。望远镜可以看到的月球上的山脉驳斥了亚里士多德认为月球是完美天球的观点（沃尔夫，1985）35。英国著名科学专栏作家布赖恩·阿普尔亚德在其《理解现在——科学与现代人的灵魂》一书中指出：“1609年，伽利略使用一架望远镜观看月亮。这一时刻对世界的意义如此重大，以至人们将它与耶稣的诞生相提并论。”因为此前的科学是建立在推理基础上的科学，此后的科学是建立在观察和实验基础上的现代科学（韦斯特福尔，1999）。

在伽利略对哥白尼理论所做的最重大的贡献之中，包括他驳斥了反对日心说的两个主要理由，即没有恒星视差和地上物体垂直坠落。《对话》引用惯性定律驳斥了前一个论点。惯性定律是伽利略所做出的在整个科学史上最重要的发现之一。从一座高塔上坠落的一块石头将落在塔的脚下，因为石头本身与塔用同样速度一起向东运动。从静止或者航行的船只的桅杆顶上跌落的一块石头，在这两种情况下都落在桅杆脚下（值得指出，第谷·布拉赫在他的《天文学书信》中曾否认这一点）。如果在船只航行的情况下，石头的坠落有微小的偏离，这种偏离是空气的阻力所引起的。因为相对航船来说，空气处于静止；而在船只处于静止的情况下，桅杆、石头和空气三者同等地共有地球的自转运动，因此石头坠落时所通过的空气在这种情况下将不影响其坠落方向。第二个论点也遭到反驳，《对话》指出，由于地球围绕其轴的转动比较缓慢，所以离心力远小于引力，这样，物体便不受地球自转的影响而仍留在其表面（沃尔夫，1985）41－42。(www.daowen.com)

德国天文学家、数学家约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler，1571—1630）发现了行星运动的三大定律，分别是轨道定律、面积定律和周期定律。这三大定律可分别描述为：所有行星分别是在大小不同的椭圆轨道上运行；在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这三大定律最终使他赢得了“天空立法者”的美名。从最初开始从事研究起，激励开普勒的信念是，上帝按照某种先存的和谐创造了世界，而这种和谐的某些表现可以在行星轨道的数目与大小以及行星沿这些轨道的运动中追踪到。这种自然观也许和当时意大利大学里毕达哥拉斯主义的复兴不无联系，而行星循轨运动曾激励过哥白尼（沃尔夫，1985）147－148。同时开普勒对光学、数学也做出了重要的贡献，他是现代实验光学的奠基人。

牛顿从1666年开始研究太阳和行星在引力作用下如何运动的问题。他依据万有引力定律从理论上推导了开普勒第一定律。牛顿还依据万有引力定律，求得了开普勒第二、第三定律的准确公式。牛顿对行星运动规律的理论证明，使哥白尼的日心地动说体系得以建立在稳固的理论基础上，科学的太阳系概念由此建立，经典宇宙学由此形成。

万有引力定律的发现是17世纪自然科学最伟大的成果之一。利用万有引力定律，既可解释天地间从星星到地面物体已知的运动现象，又可预言未知天体的运动规律（李良，1994）26。它将地面物体运动的规律和天体运动的规律统一起来。万有引力定律发现以后，人们可以解释许多以前不能解释的现象，如潮汐现象、地球的形状、木星的卫星，并发现了许多行星，如1781年英国业余天文学家赫歇耳（W.Hersehel）用他自制的10英尺望远镜观察天空，发现了一颗没有尾的彗星，即天王星。这一发现鼓舞着许多人用同样的方法去寻找更远的第九颗行星，1930年美国的汤博（G.W.Tombaugh）发现了冥王星。这些发现表明，牛顿万有引力定律在太阳系范围内绝对正确（楚珏辉，1985）20。