Dopo gli studi di Tolomeo cessarono i progressi astronomici della scuola Alessandrina. Dopo Tolomeo e Ipparco non vi furono per molti secoli altri astronomi, se non pochi che però si limitavano a commentare le opere del passato. Furono invece gli Arabi che si dedicarono con passione alla scienza e che riaccesero l'interesse astronomico in tutta l'Europa. Solo dopo la sua distruzione gli Arabi si resero conto che con la Biblioteca Alessandrina avevano bruciato (secondo alcune ipotesi furono proprio gli Arabi) un patrimonio enorme e il tesoro più grande delle loro conquiste.
L'interesse astronomico nella cultura araba venne curato specialmente nel VII secolo d.C. sotto il Califfo al-Mansur. Anche il principe al-Manum (che regnava a Bagdad nel 814 a.C.) si distinse per il suo amore per la scienza. Infatti dopo aver sconfitto l'imperatore greco Michele III, come condizione di pace, chiese che li venissero forniti i migliori libri della Grecia. Fu così che anche gli Arabi vennero a contatto con il "Grande Sintassi Matematica dell'Astronomia" di Tolomeo che venne prontamente tradotto e sotto il nome di Almagesto diffuso in tutto il continente. Fu quindi proprio grazie agli Arabi che vennero diffuse le conoscenze astronomiche del passato e che venne riacceso l'interesse verso una scienza che era col tempo scomparsa. In particolar modo fu nel Medioevo che l'Astronomia rincomincio a fiorire e a progredire grazie a figure come Copernico, Galileo, Brahe, Keplero e Newton...
Le prime teorie astronomiche dell'uomo che vedevano il Sole al centro dell'universo, e la Terra come uno dei pianeti che vi ruotavano intorno, si riscontrano nel 3 secolo dopo Cristo nel pensiero
di Aristarco da Samo (ca.310-230 d.C.) del quale abbiamo notizie perché citato per la sua teoria in un opera di Archimede. Sappiamo quindi che già ai tempi ellenistici vi era, benché fosse ritenuta improbabile, un ipotesi di un sistema eliocentrico. Tale pensiero era quindi noto anche in epoca alto medioevale ma non preso in seria considerazione prima della esposizione della teoria copernicana. A partire dal dodicesimo secolo d.C. le stelle fisse erano la base del pensiero cosmologico e astronomico europeo che si basava sui concetti degli antichi greci e in particolare modo sul sistema aristotelico-tolemaico che poneva al centro dell'universo la terra circondata da conchiglie sferiche concentriche che trasportavano i pianeti.
Nel quindicesimo secolo la riforma dell'astronomia europea venne incominciata dall'astronomo e umanista Georg Peurbach (1423-1461) e dal suo studente Johannes Regiomontanus. I loro sforzi (come quelli dei loro colleghi negli altri campi) erano concentrati nel ripulire i testi greci, particolarmente quelli di Tolomeo, da errori dei trascrittori per poter raggiungere i pensieri originali degli autori. Con i loro nuovi testi e con una guida all'Almagesto, Peurbach e Regiomontanus fecero salire il livello dell'astronomia teoretica europea.
Molti problemi si ponevano dinanzi agli astronomi all'inizio del sedicesimo secolo. Per prima cosa le tavole (che avrebbero dovuto permettere di prevedere eventi come eclissi o congiunzioni) non erano sufficientemente accurate ed affidabili. Secondo, le spedizioni ad Est e quelle portoghesi e spagnole verso l'America avevano portato a lunghe navigazioni per molto tempo fuori dalla vista della terraferma, e quindi erano richiesti aiuti agli astronomi che erano i soli che potevano garantire sicurezza durante la navigazione . Terzo, il calendario istituito da Cesare nel 44 a.C. non era più affidabile. L'equinozio, che all'epoca del concilio di Nicea (325 d.C.) era caduto il 21, era ora scivolato all'11. Poiché la data di Pasqua era determinata in riferimento dell'equinozio, e poiché la maggior parte delle altre feste religiose era fissate in riferimento della Pasqua, lo slittare del calendario per potersi riferire agli eventi celesti era un problema assai serio. Per la soluzione di tutti e tre i problemi, gli Europei si rivolsero agli astronomi.
Niccolò Copernico (1473-1543) studiò all'università di Cracovia i lavori di Peurbach e Regiomontanus, quindi si trasferì in Italia per continuare qui i suoi studi per altri dieci anni. Dopo il suo ritorno in Polonia spese il resto della sua vita nei panni di fisico, avvocato e sacrestano, ma durante il tempo libero continuava ad alimentare la sua passione per l'astronomia. Il risultato dei studi si concretizzò nel "De Revolutionibus Orbium Coelestium", che venne pubblicato a Norimberga nel 1543, anno della sua morte. Il libro era dedicato al papa Paolo III e inizialmente causò una piccola controversia. Un'introduzione aggiunta in seguito da Andrea Osiander, riformatore protestante di Norimberga, affermava però che la teoria avanzata da Copernico nell'opera era solo un'ipotesi matematica: le costruzioni geometriche usate dagli astronomi avevano tradizionalmente solo avuto valori ipotetici: le interpretazioni cosmologiche spettavano, infatti, ai filosofi. Effettivamente, esclusi i primi undici capitoli del libro, il "De Revolutionibus Orbium Coelestium", era un trattato matematico sulla tradizionale linea del noto Almagesto tolemaico. Ma nel primo libro, Copernico affermava che il Sole era al centro dell'Universo e che la Terra aveva un movimento triplo intorno al suo centro. La sua teoria dava una semplice ed elegante soluzione ai movimenti particolari dei pianeti (detti retrogradi) e assegnava un nuovo ordine ai pianeti. Ma il limite della sua teoria può essere trovato nelle orbite dei pianeti che Copernico, come del resto i suoi predecessori, descriveva come circolari e concentriche e non ellittiche. Quindi le sue tavole erano solo marginalmente migliori di quelle precedenti.
La teoria copernicana venne assimilata solo parzialmente; infatti le ipotesi eliocentriche vennero rifiutate ma ciononostante il suo libro "De Revolutionibus Orbium Coelestium", poiché era ritenuto il più grande trattato astronomico scritto dopo l'Almagesto tolemaico, venne largamente ammirato. Le sue costruzioni matematiche, che erano state elaborate sulla base sistema eliocentrico però vennero adattate a quello geocentrico. Nel 1551 Erasmo Reinhold, che era sostenitore della teoria geocentrica, pubblicò una serie di tavole basate sui parametri copernicani, ai quali queste
vennero quindi preferite per la loro maggior precisione. Quindi Copernico al suo tempo non venne preso sul serio, furono soltanto assimilati i suoi studi matematici. Il primo seguace di Copernico degno di nota é Thomas Digges (1545-1595), che tradusse in inglese gran parte del "De Revolutionibus Orbium Coelestium" aggiungendo un diagramma dal quale emergeva un'importante novità: all'universo era attribuita la caratteristica di essere infinito.
Il motivo per cui gli studi di Copernico vennero ripresi solo decenni più tardi consisteva nel fatto che, in quegli anni, una teoria eliocentrica era ritenuta assurda. I pensatori erano stati cresciuti con gli insegnamenti aristotelici riguardo la divisione tra i cieli e la Terra e tra la perfezione e la corruzione. Nella fisica aristotelica, i corpi si muovevano verso i loro luoghi naturali. I sassi cadevano perché il luogo naturale dei corpi pesanti era al centro dell'Universo, e per questo la Terra si trovava là. Accettare il sistema copernicano sarebbe significato abbandonare la fisica aristotelica, e poneva nuovi quesiti che con la centralità della terra nell'universo non esistevano. Come poteva un sasso tirato in aria ricadere perpendicolarmente se intanto la Terra aveva ruotato verso Est? Se i corpi possono avere solo un moto per volta, come può la Terra averne più di uno? E se la Terra é un pianeta perché dovrebbe essere l'unico con una Luna (non si era a conoscenza di quelle degli altri pianeti)? Gli astronomi avevano sempre assunto che la Terra fosse un punto in riferimento del cielo. Solo nel caso della Luna si poteva notare una parallassi di circa un grado nei confronti del movimento giornaliero della terra. Nell'astronomia copernicana si assumeva che l'orbita terrestre fosse puntiforme in riferimento alle stelle fisse, e poiché queste non mostravano un parallasse annuo della Terra (che avrebbe dimostrato il movimento della Terra intorno al Sole a e se stessa) dovevano avere una superficie immensa.
Queste e altre erano le obbiezioni che necessitavano di risposte. Il sistema copernicano semplicemente non rientrava nella maniera di pensiero aristotelica. Bisogna aspettare circa un secolo e mezzo per vedere una nuova fisica, accettata dalla società, che si basasse sui principi eliocentrici. Fondamentali per questo risultato sono stati i lavori, nel campo della fisica, di Galileo e Keplero.
Ma era sorto anche un altro problema. Un Sole fermo e una Terra che vi ruotava intorno era una teoria che andava nettamente in contrasto con ciò che emergeva da alcuni passi biblici. Protestanti e Cattolici alla stessa maniera rifiutarono infatti la teoria eliocentrica. Martin Lutero aveva fatto questo in una delle sue tesi (1539), prima della pubblicazione del "De Revolutionibus Orbium Coelestium". Alla lunga però, I Protestanti, che godevano di una certa libertà potendo infatti interpretare a loro modo la bibbia, accettarono in qualche maniera più velocemente l'eliocentrismo. I Cattolici invece, specialmente in Spagna e in Italia, dovettero essere più duri essendo clima religioso della Contro Riforma molto teso, come il caso di Galileo chiaramente dimostra. Galileo con le sue scoperte, e teorie eliocentriche, era arrivato a trovarsi in contrasto con le sacre scritture cristiane e infatti affermò che la Bibbia può insegnare come andare nei cieli, ma non come vanno i cieli. Invece Christoph Clavius, matematico gesuita a partire dal 1570 fino alla sua morte nel 1612, utilizzò argomentazioni bibliche contro le teorie eliocentriche.
Galileo Galilei (1564 - 1642) dichiarò la sua adesione alla teoria copernicana sin dal 1597 e per dimostrare il moto della Terra sviluppò la teoria delle maree. Fu anche grazie all'invenzione del cannocchiale avvenuta nel 1609 che Galileo poté fare numerosissime osservazioni dei corpi celesti. Galileo arrivo così alla scoperta dei crateri e di montagne Luna, comprese che la Via Lattea non era altro che un ammasso di stelle e giunse alla scoperta dei quattro satelliti maggiori Giove (che ancora oggi portano il suo nome). Tutte le sue scoperte vennero pubblicate nel 1610 in un'unica opera, il Sidereus Nuncius.
Galileo giunse a nuove conferme della teoria copernicana in seguito alle osservazioni delle fasi di Venere. Quindi nuovamente, nel 1612, con un'opera riguardo le macchie solari, ancora una volta ribadì la validità del sistema copernicano, fornendo sempre un numero maggiore di prove. Ovviamente, si andò formando un acceso dibattito tra Galileo e tutto l'ambiente filosofico teologico dell'epoca, che ancora credeva nella perfezione dei cieli enunciata da Aristotele. Le opere di Galileo vennero quindi considerate eretiche. Galileo sostenne che il conflitto che si era andato creando tra le verità scientifiche e quelle religiose non era altro che "apparente", ed era dovuto ad un'errata interpretazione degli antichi testi sacri.
Quando nel 1616 vennero censurati i libri di Copernico, il mondo cattolico intimò Galileo a rinnegare i suoi studi sui moti terrestri, ma Galileo decise di non esprimersi a riguardo e continuò i suoi studi. Nel 1624, incoraggiato anche dal sostegno ottenuto dal nuovo pontefice Urbano VIII (che era molto vicino alla causa degli scienziati), iniziò l'opera Dialogo sopra i due massimi sistemi dove esaminò in seguito ai risultati della fisica delle mare la teoria tolemaica e copernicana. Nel 1630 il libro, dopo aver ricevuto dai censori della Chiesa il visto per la stampa, venne pubblicato. Nonostante i visti ottenuti, Galileo venne accusato di eresia e sotto la minaccia di morte si vide costretto ad abiurare così venendo condannato al carcere a vita (in seguito ottenne gli arresti domiciliari). Inoltre venne stabilito che il "Dialogo" venisse bruciato e che la sentenza dell'Inquisizione vennisse letta in tutte le università.
Galileo ha un ruolo fondamentale anche perché, come padre della scienza moderna, ha anche impostato in modo nuovo i rapporti tra religione, filosofia e scienza.
Tyco Brage(1546 - 1601) è stato in assoluto uno dei più grandi osservatori del cielo. Viaggiò a lungo stringendo rapporti di amicizia con numerosissimi scienziati. Una volta ritornato in patria il suo sovrano, Federico II, gli permise (sostenendolo economicamente), di stabilirsi nell'isola di Hveen, dove Tyco fece erigere il suo osservatorio, noto con il nome di Uraniborg, dove in 21 anni fece numerosissime osservazioni che lo portarono a importanti scoperte astronomiche.
Ma alla morte del suo sovrano protettore, Federico II, l'invidia che Tyco aveva suscitato con i suoi successi, lo costrinse a dover abbandonare quel luogo. Ma ben presto Tyco trovò ospitalità a Praga presso l'imperatore Rodolfo II.
Tyco va ricordato oltre che per le sue numerose osservazioni anche per aver inventato nuovi strumenti (e perfezionato quelli antichi) atti all'osservazione dei cieli.
Avendo analizzato attentamente le obbiezioni che erano stato fatte al sistema copernicano Tyco optò per una nuova soluzione che potesse spiegare i moti celesti. Infatti secondo l'illustre astronomo, la Terra era statica al centro dell'universo ed intorno ad essa ruotavano tutti i pianeti con la Luna ed il Sole. La particolarità del sistema elaborato da Brahe consisteva nel fatto che il Sole nella sua rivoluzione portava con sé tutti gli altri corpi, cosicché le apparenze risultarono uguali rispetto ad un sistema che ammetteva il movimento della Terra.
Nei suoi ultimi studi Tyco ebbe anche come discepolo J. Keplero (1571 - 1630). Quest'ultimo si dedicò in particolar modo all'osservazione del moto di Marte, pianeta il cui moto non era mai stato spiegato in maniera soddisfacente. Da questi studi Keplero giunse ad una scoperta che rivoluzionò tutta l'astronomia: l'orbita di Marte era un'ellissi . In base a questa scoperta pubblicò l'opera "De stella Martis". Proseguendo i suoi studi Keplero arrivò ad enunciare le tre leggi che regolavano i
pianeti. Fu proprio grazie alle basi gettate da Keplero che nemmeno dopo mezzo secolo Newton arrivò a formulare le teoria gravitazionale universale (sotto certi aspetti, sintesi delle leggi di Keplero).
Le leggi di Keplero avevano portato ad un'importante svolta nelle conoscenze astronomiche.
Ma esse erano leggi empiriche e quindi si limitavano a descrivere ciò il moto dei
pianeti senza però chiarirne le cause. Fu Newton (1642 - 1727),
che alla fine del XVII dimostrò che la spiegazione del moto dei pianeti e delle leggi di Keplero
risiedeva in una forza, detta di attrazione gravitazionale.
Newton dimostrò che fra due corpi, vi e una forza di attrazione F che è direttamente
proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.
