המהפכה הקופרניקאית

המהפכה הקופרניקאית הייתה מהפכה באופן המחשבה באסטרונומיה בראשית העת החדשה. הרעיון המרכזי של מהפכה זו היה שכדור הארץ אינו נייח, אלא סובב סביב צירו וסביב השמש.
המהפכה החלה למעשה עם פרסום ספרו של ניקולאוס קופרניקוס "על תנועת גרמי השמים" בשנת 1543. עיקרה של מהפכה זו הוא השינוי בתפיסת תנועת גרמי השמיים מתפיסה גאוצנטרית, שלפיה כדור הארץ נמצא במרכזו של היקום ואותו מקיפים גרמי השמיים פעם ביום בערך, לתפיסה הליוצנטרית, לפיה כדור הארץ סובב סביב צירו במשך יממה וגם מקיף במהלך שנה את השמש, שנחה במרכז מערכת השמש. עד פרסום ספרו של קופרניקוס הגישה הרווחת באסטרונומיה המערבית הייתה זו שהתבססה בימי יוון העתיקה.
המהפכה הקופרניקאית היוותה חלק עיקרי במהפכה המדעית, וגרמה למהפכות גם בתחומים רבים אחרים. היא חוללה טלטלה תרבותית עצומה באירופה, והובילה, יחד עם גורמים נוספים, לערעור כוחה של הכנסייה.

פילוסופיית הטבע של אריסטו

במאה הרביעית לפני הספירה פיתח אריסטו את תאוריית הפיזיקה שלו, שהייתה דומיננטית במהלך כאלף השנים הבאות. אריסטו טען כי לכל חפץ ולכל יצור חי קיימת מהות, והיא המאחדת את כל הקיים בעולם, לדוגמה, לכל הכיסאות יש מהות כיסאית, ולכל הסוסים יש מהות סוסית. עוד טוען אריסטו כי חמשת היסודות מהם מורכב העולם ניתנים למיון לפי קטגוריות: יבש, רטוב, קל, וכבד. כל יסוד מורכב משתי תכונות, לדוגמה, המים הם רטובים וכבדים. היסוד החמישי המרכיב את העולם הוא אתר, והוא נמצא רק מחוץ לעולמנו. בתאוריה האריסטוטלית יש חלוקה לעולם על ירחי ותת-ירחי. לפי גישה זו העולם התת-ירחי מורכב מארבעת היסודות הראשונים, בעוד העולם העל-ירחי מורכב אך ורק מאתר.
חלק מהותי נוסף בתאוריה הוא החלוקה לשני סוגי תנועות - תנועה טבעית ותנועה מלאכותית. התנועה הטבעית היא זו שכל גוף שואף למלא מתוקף הרכבו, למשל, אש שואפת מטבעה לעלות למעלה, בעוד הסלע שואף ליפול מטה. תנועה מלאכותית היא כל תנועה המונעת מהעצם לנוע באופן טבעי, לדוגמה אחיזת אבן באוויר. הבחנה נוספת בין העולם העל ירחי לתת ירחי הייתה בתחום זה, ולפיו בעולם העל ירחי קיימת אך ורק תנועה טבעית ומושלמת של כל הגופים במעגלים בקצב קבוע. מתוקף קיומה של תנועה כזו נדרש מישהו שיתחיל את התנועה- וזהו "המניע הראשוני" שעליו מדבר אריסטו כישות שהחלה את התנועה כולה.
הבחנה נוספת בין העולם העל ירחי לתת ירחי היא בתחום הסדר, אריסטו טען כי בעולם העל ירחי שולטת חוקיות מתמטית מושלמת וקבועה, בעוד שבעולם התת-ירחי שולט לכל היותר סדר מקורב. בתחום תנועת הכוכבים טוען אריסטו כי הכוכבים, העשויים אתר, מצויים על מעגלי קריסטל במבנה שנקרא "כודרים מקוננים" ובמרכזם של כל המעגלים נמצא כדור הארץ.

אימוץ התאוריה האריסטוטלית והתלמאית על ידי הכנסייה

במאה ה-13 ניסה תומאס אקווינס ליישב את התאוריה התלמאית עם כתבי הקודש. על בסיס ההנחה בדבר "המניע הראשוני" מהתאוריה האריסטוטלית, הוא טען כי "המניע הראשוני" הוא למעשה אלוהים, וכי מעבר לכל המעגלים שסובבים את כדור הארץ מצויים גן העדן והגיהנום. יישוב התאוריה אפשר לכנסייה לקבל את התאוריה התלמאית ולאמץ אותה בתור העמדה הרשמית ביחס לגרמי השמיים. אימוץ זה על ידי הכנסייה כדוגמה כנסייתית מנע כל שינויים בתאוריה, ומנע מבעיות שצצו בעקבות חוסר התאמה לתצפיות להיפתר, שכן לא ניתן היה לשנות דוגמה כנסייתית מבלי שהדבר ישליך לרעה על הכנסייה עצמה, והכנסייה ניסתה למנוע בכל מחיר מצב שבו תצטייר כטועה.
גם הרמב"ם, במסגרת קבלה כללית של הפיזיקה של אריסטו, קיבל את המודל שהציג אריסטו.

ניקולאוס קופרניקוס

ניקולאוס קופרניקוס פרסם בשנת 1543 את ספרו "על תנועת גרמי השמיים". קופרניקוס היה מאמין אדוק ולכן לא פרסם את ספרו בחייו, שכן ספרו יוצא למעשה נגד הדוגמה הכנסייתית, וניתן להניח שהוא חשש הן מההשלכות האישיות של פרסום כזה, והן מהזעזוע שהדבר יגרום לכנסייה.
ספרו התפרסם לאחר מותו והוקדש לאפיפיור פאולוס השלישי. בהקדמתו פונה קופרניקוס לאפיפיור ולמעשה מתנצל על פרסום התאוריה באומרו כי 
אולי תהא מעלת קדושתך תמהה פחות על שהעזתי להוציא לאור את עמל לילותי, שהרי ביגיעה גדולה עלתה לי מלאכת בירורם, עד שלא יראתי להעלות על הכתב את הגיונותי בדבר תנועת כדוה"א
ברור מפתיחה זו כי מבין קופרניקוס כי מעשיו ישליכו על הכנסייה ודורשים הסבר. הוא מבקש מהאפיפיור מחילה ומנסה להסביר שהדבר בלתי נמנע.
קופרניקוס בוחר לומר לאפיפיור שלא הוא עצמו שיוצר בעיה עם תנועת גרמי השמיים- הבעיה קיימת כבר בקרב המתמטיקאים שאינם מצליחים להתמודד איתה.
על כן איני אומר להעלים ממעלת קדושתך ששום דבר לא הביאני לידי מחשבה לשנות את חישובן של תנועות כדורי העולם אל זאת שהמתמטיקאים עצמם אינם תמימי דעים בחקירות אלו
קופרניקוס מסביר מה הניע אותו להחליט לחקור מחדש את התאוריה המקובלת וגם מהסברו זה ניתן לראות עד כמה הוא רואה במעשה שליחות אלוהית, ולא יציאה כנגד הכנסייה: 
לפיכך נטלתי על עצמי כל אותה יגיעה לעבור על ספריהם של כל הפילוסופים, עד כמה שהם בהישג ידי, כדי לבדוק האם אין מי שסבור שתנועותיהם של גלגלי העולם שונות ממה ששיערו אלו המלמדים עניינים מתמאטיים בביה"ס
קופרניקוס מציין את היקיטאס (פיתגוראי בן המאה הרביעית לפנה"ס) כאדם הראשון שהציע תאוריה לפיה השמש עומדת במרכז היקום.
ההקדמה לספר נכתבה על ידי אוסיאנדר, שהיה כומר בן זמנו של קופרניקוס. במשך שנים לא התפרסמה העובדה שלא קופרניקוס עצמו הוא זה שכתב את ההקדמה. אוסיאנדר מנסה למצוא מן פשרה שתאפשר לכנסייה לקבל את התאוריה הקופרניקאית ולא תפסול אותה על הסף: 
ואין הכרח כלל, שהשערות אלו יהיו אמיתיות, או אפילו קרובות לאמת, אלא זה בלבד מספיק שהן מראות שהחשבון מתאים לתצפיות
אוסיאנדר מדגיש כי מדובר במודל תאורטי בלבד אשר משמש להסבר וניבוי של תנועות הכוכבים, אך אין צורך להניח כי אכן מדובר במציאות קיימת. כלומר, המודל הקופרניקאי מניח את השמש במרכז על מנת לקבל ניבויים מדויקים יותר, אבל זה לא אומר שהשמש אכן במרכז במציאות.
נניח להן, אם כן, להשערות חדשות להתפרסם בצד הישנות, שאין אלו קרובות לאמת מאלו בשום פנים, ובייחוד מאחר שהן מופלאות וגם קלות, ומביאות איתן אוצר עצום של הסתכלות מלומדת מאוד
הספר נשלח לאפיפיור פאולוס השלישי והוחרם על ידי הכנסייה. אך במהלך מאה השנים שחלפו זכה לתהודת מה בעולם האסטרונומי.