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开普勒借助第谷多年精准的行星观测数据，通过大量计算与分析，突破传统观念，最终推导出行星运动定律。
数据基础：第谷的贡献
第谷·布拉赫是丹麦天文学家，他经过数十年持续且精确的天文观测，积累了海量关于行星位置、运动等方面的数据。这些数据涵盖了火星、木星等多颗行星，且观测精度在当时达到了前所未有的高度，为开普勒的研究提供了坚实基础。
初期尝试：拟合圆形轨道
开普勒最初尝试用传统的圆形轨道来解释行星运动。他依据第谷的数据，试图找到行星围绕太阳做匀速圆周运动的规律，但经过大量计算后发现，无论怎么调整参数，都无法使理论计算结果与第谷的观测数据精确吻合。
重大突破：椭圆轨道的发现
在经历多次失败后，开普勒开始尝试用椭圆轨道来描述行星运动。他对火星的观测数据进行了深入分析，经过无数次的计算和验证，终于发现火星的运动轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。这就是开普勒第一定律，即轨道定律。
深入研究：面积定律与周期定律
在确定了椭圆轨道后，开普勒进一步研究行星运动的速度变化。他发现行星在轨道上运动时，连接行星和太阳的线段在相等的时间内扫过的面积相等，这就是开普勒第二定律，也叫面积定律。之后，开普勒又通过对多颗行星数据的综合分析，得出了行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比的结论，即开普勒第三定律，又称周期定律。