Nicolas Copernic (1473-1543) est issu d’une famille de commerçants polonais. Ses travaux en astronomie l’ont rendu célèbre. Après 30 années de mesures, de recherches et de calculs, il finit d’écrire en 1530 De revolutionibus orbium coelestium, œuvre dans laquelle il explique les mouvements des astres par le modèle héliocentrique.

Le système héliocentrique lui permet de simplifier les trajectoires des astres et donc de se rapprocher de l’harmonie recherchée dans l’Antiquité. Son système n’est cependant pas exempt de problèmes, car les trajectoires des planètes ne sont pas parfaitement circulaires. Il introduira donc des épicycles, comme Ptolémée l’avait fait avant lui. Malgré la présence de ces épicycles, le système créé ici est bien plus élégant que celui de Ptolémée. À l’époque de Copernic, ce modèle n’a guère de succès, principalement pour des considérations physiques :

❯ si la Terre est en mouvement, comment se fait-il que nous n’en ressentions pas les effets ?
❯ ce modèle multiplie le volume du cosmos par 8 milliards et induit donc la présence d’immenses espaces vides, ce qui est contraire aux thèses aristotéliciennes.

Tycho Brahé (1546-1601) est surtout connu pour l’immensité des données astronomiques qu’il a recueillies au cours de sa vie, à l’aide d’instruments de mesure qu’il créa lui-même. Les observations d’une supernova en 1572 et d’une comète en 1577 le conduisent à remettre en cause l’astronomie d’Aristote. En effet, contrairement à ce qu’affirmait le philosophe grec, le monde supralunaire n’est pas immuable, il est soumis au changement. Connaissant donc les faiblesses du modèle d'Aristote, il refuse cependant d’accepter le modèle de Copernic principalement parce qu’il impose la présence de très grandes zones de vide, ce qui lui semble absurde. Tycho Brahé crée alors un nouveau modèle, dans lequel les planètes tournent autour du Soleil et le Soleil tourne autour de la Terre.

Au début du XVII^e siècle, Galilée (1564- 1642) améliore des lunettes réalisées en Hollande. Il parvient notamment à fabriquer une lentille agrandissant 30 fois l’image des objets observés. Il fait alors très rapidement de nouvelles découvertes : l’imperfection de la surface de la Lune, l’existence d’étoiles encore inconnues, les anneaux de Saturne, etc.
Le 7 janvier 1610, Galilée observe Jupiter et découvre trois étoiles proches de la planète. Après quelques jours d’observation, il remarque la présence de quatre étoiles autour de Jupiter. Il s’agit en fait de satellites : Io, Europe, Ganymède et Callisto, que l'on nomme les satellites galiléens. De plus, il arrive à observer les phases de Vénus, qui ne peuvent s'expliquer que dans un modèle héliocentrique.
En 1632, sous la pression de l’Église catholique, il revient sur le modèle héliocentrique. Il est alors assigné à résidence et poursuit son travail scientifique dans le domaine des mouvements. C’est à cette période qu’il résout indirectement un des problèmes majeurs du modèle héliocentrique : nous accompagnons le mouvement de la Terre, nous ne le ressentons donc pas, de la même manière qu’un boulet lâché du haut du mât d’un bateau en mouvement retombe directement au pied du mât et non derrière. Le principe d’inertie est alors posé.

Dans Principes mathématiques de la philosophie naturelle, Isaac Newton (1642-1727) porte le coup de grâce au modèle géocentrique. Il décrit ses trois lois de la mécanique et les applique au système solaire : les trajectoires des planètes sont mises en équations et elles sont expliquées par la gravitation. Le débat entre les modèles héliocentrique et géocentrique est clos.

De l’Antiquité jusqu’à Galilée, les astronomes ne disposaient d’aucun instrument permettant d’agrandir ce qu’ils regardaient. Ils mesuraient la taille des ombres laissées sur des cadrans solaires et des distances ou des angles à l’aide d’outils comme l’astrolabe ou des sextants. Galilée utilisa le premier instrument grossissant, la lunette astronomique, qui conduit en 1671 à la création du premier télescope par Newton. Aujourd’hui, nous sommes même capables d’envoyer des sondes au-delà de notre système solaire (Voyager I et II) et des télescopes en orbite à 600 km de la surface de la Terre (Hubble). Finalement, à l’aide de ces observations, nous savons qu'il existe des centaines de milliards de galaxies, elles-mêmes constituées de centaines de milliards d'étoiles !