Der Höhepunkt der griech. Astronomie war das Lehrbuch von Claudius Ptolemaeus (2. Jh. n. Chr.), das unter dem arab. Titel als Almagest bekannt ist. Davon wurde in der Spätantike eine lat. Übersetzung geplant, aber wohl nicht durchgeführt, sie war jedenfalls schon im 10. Jh. nicht mehr erhalten. Astronomie konnte man ledigl. aus dem 1. Buch der Historia naturalis von Plinius und den von ihm abhängenden Autoren wie Solinus und Isidor von Sevilla und aus Martianus Capella lernen. Die Planeten, die neben dem Mond wg. ihres scheinbar unregelmäßigen Laufes am meisten interessierten und außerdem zentrale Bedeutung in der Astrologie besaßen, waren dort nur sehr summar. dargestellt. Im Almagest nimmt die Behandlung der Planeten in den Büchern IX und XIII dagegen ein Drittel des ganzen Werkes ein, zusätzl. zu den drei Kapiteln über den Mond. Im 10. Jh. kommt die Kenntnis des Astrolabs, eines astronom. Instruments zur Berechnung der Planetenbahnen, aus dem muslim. besetzten Spanien ins christl. Europa. Vom Almagest hatte man nur aus vereinzelten Zitaten Kenntnis. Das änderte sich erst im 12. Jh., als in Sizilien eine Übersetzung aus dem Griech. (1160) und in Spanien eine Übersetzung aus dem Arabischen (1175) angefertigt wurden. Dies markiert den Beginn der ma. Astronomie. Die Planetentheorie gehörte zum Grundbestandteil des Studiums der Astronomie in den Artistenfakultäten der Universitäten.

Die griech. Astronomen vor Ptolemaeus waren davon ausgegangen, daß die Himmelsbewegungen vollkommen waren, d. h. sie sich gleichförmig auf Kreisbahnen um die Erde als Mittelpunkt vollzogen (pythagore. Gedankengut). Der sichtbare Lauf der Planeten läßt diese Vollkommenheit jedoch nicht erkennen: sie laufen mal schneller, mal langsamer, mal vorwärts, mal rückwärts und sind mal näher, mal ferner von der Erde, was an der Veränderung ihrer Größe und Helligkeit erkannt wurde. Es waren verschiedene Modelle der Planetenbahnen entworfen worden. Ptolemaeus, der nur auf die Berechenbarkeit der Bahnen abzielte, wahrte zwar die Prinzipien der Gleichförmigkeit und der Kreisbahnen, setzte die Erde jedoch neben den geometr. Mittelpunkt (Exzenter) der Kreise und nahm für die Planetenbahnen kleine Kreise (Epizykel) auf ihren Umlaufbahnen an. Seine Berechnungen benötigten auf diese Weise unzählige Hilfskreise.

Bereits vor Ptolemaeus war vorgeschlagen worden, die Sonne als Mittelpunkt anzunehmen (Heraklit) oder die inneren Planeten Venus und Merkur um die Sonne kreisend zu verstehen und diese um die Erde (sog. ägypt. Theorie). Von der Kreisbahn abzuweichen und statt dessen für Merkur eine eiförmige Bahn anzunehmen, findet man sogar bei Ptolemaeus. Diese Theorien sind im 15. Jh. in Oberitalien erneut diskutiert worden und zwar in Kreisen, in denen auch Kopernikus (1473-1543) verkehrte. Seine Leistung besteht darin, neue mathemat. Grundlagen (Trigonometrie) erarbeitet und für die damit durchgeführten Bahnberechnungen die Sonne für Erde, Mond und alle Planeten als Mittelpunkt ihrer Umläufe angenommen zu haben. Er wich dahingegen nicht ab vom Postulat der Gleichförmigkeit und der Kreisbahnen. Seine Berechnungen benötigten daher weiterhin eine große Zahl von Hilfskreisen und vereinfachten sich gegenüber Ptolemaeus nur unwesentl.

Der dän. Astronom Tycho Brahe (1546-1601) legte mit seinem geoheliozentr. System einen Kompromiß zwischen dem geozentr. und dem kopernikan. System vor. Der ital. Mathematiker, Physiker und Astronom Galileo Galilei (1564-1642) bekannte sich zwar zum kopernikan. Modell und bemühte sich, es zu verbreiten, blieb aber bei der alten Grundannahme der Gleichförmigkeit der Bewegungen auf Kreisbahnen.

Die Wende begann erst mit Kepler (1571-1630), dem es gelang, zuerst aus den Marsbeobachtungen von Tycho Brahe die elipt. Bahn des Planeten mit der Sonne in einem der Brennpunkte zu berechnen (1. Keplersches Gesetz 1604), später folgten die anderen Planeten. Bereits 1601 war ihm der Nachweis gelungen, daß die Geschwindigkeit vom Abstand zur Sonne abhängt (Flächensatz, d. h. der Radiusvektor des Planeten, die Verbindungslinie Planet-Sonne, überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen; 2. Keplersches Gesetz). 1618 fand Kepler die Möglichkeit, diese Geschwindigkeit auch zu berechnen (die Quadrate der Umlaufzeiten verhalten sich wie die Kuben der mittleren Abstände von der Sonne; 3. Keplersches Gesetz).

Die physikal. Ursachen, d. h. das Zusammenspiel von Schwerkraft (Gravitationskraft) und Fliehkraft (Zentrifugalkraft), hat Newton in den Jahren nach 1668 (Erlebnis des vom Baum fallenden Apfels) berechnet und 1687 in den Principia mathematica veröffentlicht. Nach den Gründen, die die Welt zusammenhalten, hatten auch zahlreiche andere Forscher gesucht: Descartes sah die Lösung in Wirbeln, Gilbert u. a. im Magnetismus.

Die Problematik der Planetenbahnen war die entscheidende Triebfeder für astronom. Beobachtungen. Im MA hatte ein weiteres Motiv in der Kalenderberechnung gelegen, d. h. aus der Mondbahn mußte das zentrale Datum des christl. Festkalenders, das Osterdatum berechnet werden. Ein weiteres Motiv war die erkennbare Verschiebung der Solstitien und der Äquinoktien durch den Julianischen Kalender. Es schmerzte die ma. Christen, daß sie ihre Feste nicht mehr an den in den Evangelien und im Heiligenkalender festgelegten Daten feiern konnten. Im 13. Jh. (Roger Bacon) betrug die Abweichung schon mehr als eine Woche, aber Sonnen- und Mondbahnen waren noch nicht genügend genau beobachtet, um eine Kalenderverbesserung berechnen zu können.

Ein anderes Beobachtungsmotiv waren seit dem 16. Jh. verstärkt Kometen. Peter Apian (1495-1552) hatte die Erscheinung des (später nach Halley benannten) Kometen im Jahr 1531 und die der Kometen von 1532, 1533, 1538 und 1539 im Astronomicum Caesareum beschrieben. Er widmete diesen Prachtband Karl V., der sich mit 3000 Goldgulden, der Ernennung Apians zum Hofmathematiker und der Erhebung in den Reichsritterstand bedankte. In der Folgezeit zogen insb. auffallendere Kometen eine regelrechte Flut an Veröffentlichungen nach sich. Bes. Eindruck machte die Entstehung einer Supernova i. J. 1572, die von zahlreichen Beobachtern gesehen worden war. Beide Phänomene, die Kometen und die Supernova, waren handfeste Argumente gegen das aristotel.-ptolemae. Weltbild, das die Unveränderlichkeit des Himmels und den Umlauf der Planeten auf festen Bahnen (soma) angenommen hatte. Da die Kometenbahnen die Bahnen der Planeten kreuzte, mußte man von der Soma-Theorie Abschied nehmen, und das Entstehen eines neuen Sterns widersprach der postulierten Unveränderlichkeit des Himmels.

Bes. Antrieb erhielten die Beobachter mit dem Aufkommen der Fernrohre. Zur Entdeckung der Jupitermonde und Saturnringe traten u. a. Beobachtungen der Mondoberfläche, der Venusphasen und der Sonnenflecken. Letztere hatte nicht nur Galilei observiert, sondern unabhängig von ihm auch Johann Fabricius (1587-1615) in Ostfriesland, die Jesuiten Christoph Scheiner (1575-1650) und Johann Baptist Cysat (1586-1657) in Ingolstadt, Simon Marius (1573-1624) in Ansbach, Claude de Peiresc (1580-1637) in Aix-en-Provence und in Northumberland/Großbritannien Thomas Harriot (1560-1621).

→ vgl. auch Farbtafel 90