Vanuit onze hedendaagse wereld, waarin deskundigen over technologische middelen beschikken om afstanden en afmetingen te bepalen of om zons- en maansverduisteringen te voorspellen, is het soms moeilijk voorstelbaar dat deze voorspellingen meer dan 2000 jaar geleden ook al werden gedaan.

Thales van Milete (640 - 560 v.C.)
Hoewel Thales van Milete vooral bekend is als meetkundige, is zijn naam ook verbonden aan de eerste bekende voorspelling van een zonsverduistering. De cyclus van maansverduisteringen was toen al goed bekend, maar zonsverduisteringen zijn moeilijker te voorspellen omdat deze slechts zichtbaar zijn op een klein deel van de aarde.
Na de zonsverduistering op 28 mei in het jaar 585 v.C. schreef de beroemde Griekse schrijver Herodotos: "De dag sloeg plotsklaps om in nacht. Deze gebeurtenis was voorspeld door Thales de Miletier, die de Ioniërs hiervoor vooraf waarschuwde door het jaar te noemen waarin deze zich zou voordoen. De Medeërs en de Lydiërs staakten de gevechten bij het aanschouwen van deze gebeurtenis en besloten angstig vrede te sluiten." Voor Thales was de aarde een platte schijf die op een oneindige oceaan dreef. Hij schreef een boek over navigatie waarin hij het sterrenbeeld Kleine Beer (met de Poolster) definieerde als een belangrijk hulpmiddel bij zijn navigatietechnieken.

Pythagoras (580 v.C. - 500 v.C)
Pythagoras is beroemd geworden door het bewijzen van de naar hem genoemde stelling. Op het vlak van sterrenkunde leerde hij aan zijn volgelingen dat de aarde een bol is in het centrum van het heelal. Hij besefte ook dat de baan van de maan gekanteld is ten opzichte van het evenaarsvlak van de aarde en was de eerste die zich realiseerde dat de avondster en de morgenster in feite een en dezelfde planeet is: Venus.

Aristoteles (384 - 322 v.C.)
Aristoteles was één van de eersten die veel aandacht besteedde aan waarnemingen en experimenten om op basis daarvan de waarheid te achterhalen. Op basis van vier waarnemingen kwam hij tot de conclusie dat de aarde rond moet zijn. Zo had hij waargenomen dat schepen geleidelijk uit het zicht verdwijnen aan de horizon en dus niet plotsklaps van een platte aarde afvielen. Bovendien begreep hij dat bij een maansverduistering de maan door de schaduw van de aarde heen beweegt en die schaduw bleek cirkelvormig te zijn. Zijn derde argument was dat in het noordelijk en zuidelijk halfrond een andere sterrenhemel te zien is. Misschien wel zijn meest eigenaardige argument was dat olifanten zowel werden aangetroffen in India (ten oosten van Griekenland) als in Marokko (ten westen van Griekenland). Zijn redenering hierbij was dat beide plaatsen niet al te ver van elkaar verwijderd zouden zijn op het oppervlak van een niet al te grote bol.

Aristarchus (310 - 230 v.C.)
Aristarchus van Samos was wellicht een van de eersten die volledig begreep dat de schijngestalten van de maan en het optreden van zons- en maansverduisteringen het gevolg zijn van de geometrische verhoudingen tussen de drie. Hij beredeneerde dat bij exact eerste of laatste kwartier (bij halve maan dus) de aarde, zon en maan een rechthoekige driehoek moeten vormen. Door het meten van de hoek tussen de zon en de maan kon hij dan bepalen hoeveel keer verder weg de zon van de aarde staat dan de maan. Die hoek was volgens Aristarchos 87 graden, en daaruit besloot hij dat de zon 19 keer verder weg staat dan de maan.
Tijdens een maansverduistering meette hij het tijdsverschil tussen het ogenblik waarop de maanrand voor het eerst de aardschaduw raakt en het ogenblik waarop de maan totaal verduisterd is. Dit tijdsverschil vergeleek hij met de duur van de totaliteit en hij concludeerde dat beide tijdsintervallen precies hetzelfde zijn. Bijgevolg moet de afmeting van de aardschaduw op de afstand van de maan precies gelijk zijn aan twee keer de diameter van de maan. Omdat hij ervan uitging dat de aardschaduw parallel is, kwam hij erop uit dat de maan ongeveer half zo groot moet zijn als de aarde en hij wist ongeveer hoe groot de aarde was.
Aristarchos ging nog een stap verder. Aangezien de zon en de maan aan de hemel schijnbaar precies even groot zijn (zoals bij een zonsverduistering kan worden vastgesteld) en omdat de zon volgens hem 19 keer verder weg stond dan de maan, moet de zon dan ook 19 keer groter zijn dan de maan en dus bijna 10 keer groter dan de aarde. Uit dit laatste concludeerde hij dat de aarde dan wellicht rond de zon draaide en niet omgekeerd. De omlooptijd van de aarde om de zon was een jaar, terwijl de aarde zelf een keer per dag om haar as draaide.
Deze redeneringen zijn een mooi voorbeeld van hoe de relatieve afstanden en groottes van de aarde, zon en maan te gebruiken zijn om het zonnestelsel te begrijpen. Echter, de metingen van Aristarchos waren niet erg nauwkeurig. De hoek tussen de maan en de zon bij eerste of laatste kwartier bedraagt in werkelijkheid 89 graden en 51 minuten. Dit betekent dat de zon eigenlijk 400 keer verder weg staat dan de maan en dus ook 400 keer groter is dan de maan. Ook de aardschaduw is niet parallel en de maan is in werkelijkheid ongeveer vier keer kleiner dan de aarde.

Eratosthenes (276 - 195 v.C.)
Eratosthenes heeft de helling van de aardas ten opzichte van het baanvlak nauwkeurig bepaald op 23 graden 51' 15", wat de wisseling van de seizoenen verklaart. Hij maakte ook een stercatalogus met 675 sterren. Zijn opmerkelijkste prestatie is de bepaling van de omtrek van de aarde.

Rond 235 v. Chr. was Erastothenes de baas van de beroemde bibliotheek van Alexandrië, waar hij naartoe was gehaald door Ptolemaeus III. Daar meette hij voor het eerst de omtrek van de aarde. Erastothenes wist dat er in Syene (het huidige Aswan) een bron was, waarvan de bodem op het middaguur van de dag van het lentepunt (21 juni) verlicht werd door de zon. Hij wist ook dat Syene op dezelfde meridiaan lag als Alexandrië. Hij gebruikte een gnomon (een soort stok, weergegeven als de toren van Alexandrië op deze afbeelding) en mat op 21 juni in Alexandrië de hoek tussen de gnomon en de schaduw. Deze hoek kwam uit op 7,2 graden; een vijftigste deel van de hoekomtrek van de aarde (360 graden). Uit de geometrie wist hij dat uit de kennis van deze hoek de omtrek van de aarde te berekenen was. Het enige dat hij nodig had was de afstand van Syene naar Alexandrië die hij dan met vijftig moest vermenigvuldigen.

Die grote afstand kon hij natuurlijk niet meten met een enorm meetlint. Daarom probeerde hij de afstand te meten met hulp van kamelen, maar die liepen niet met gelijke passen of gingen er vandoor. Erastothenes riep de hulp in van de koning en Ptolemaeus stelde hem mannen ter beschikking die Bematisten heten en die met 'exact' gelijke passen liepen. Zij bepaalden de afstand op 5.000 staden (ongeveer 160 meter). Erastothenes bepaalde dus de omtrek van de aarde op 252.000 staden, wat 39.690 kilometer is. Dat komt tot binnen 320 kilometer overeen met de meest recente metingen met GPS-satellieten!

Hipparchos (190 - 120 v.C.)
Tijdens een zonsverduistering bepaalde Hipparchos de afstand tussen de aarde en de maan. De zonsverduistering was totaal in Syene (het huidige Aswan), maar slechts gedeeltelijk in Alexandrië. Op hetzelfde ogenblik dat een waarnemer in Syene de volledige zonneschijf bedekt zag door de maan, zag een waarnemer in Alexandrië nog 1/5 van de zonneschijf onbedekt. Als je weet dat de zonneschijf een schijnbare diameter heeft van ongeveer 1/2 graad, kan je relatief eenvoudig uitrekenen wat de afstand aarde-maan is in vergelijking met de afstand Alexandrie-Syene. Maar Hipparchos zal vooral bekend blijven omdat hij de eerste was die de precessie van de aardas meette.
De precessie van de aardas is een beweging van de aardas als een draaiende tol en heeft tot gevolg dat in de loop der eeuwen de aanblik van de sterrenhemel geleidelijk aan verandert. We weten nu dat de precessieperiode ongeveer 26.000 jaar bedraagt. Terwijl de aardas nu ongeveer gericht is naar de Poolster, was deze in 3000 v.C. gericht naar de ster Thuban in de Draak en over 12000 jaar zal de aardas gericht zijn naar Vega, de helderste ster in het sterrenbeeld Lier.
Hipparchos maakte ook een stercatalogus met daarin 850 sterren. De helderheid van de sterren werd weergegeven in een 6-delige magnitudeschaal, zoals die vandaag de dag nog steeds wordt gebruikt. Zijn catalogus werd later nog gebruikt door Ptolemaeus en zelfs door Halley.

Ptolemaeus (rond 100-178)
Ptolemaeus bedacht het geocentrische stelsel dat lange tijd bekend stond als het 'Ptolemaeïsche stelsel'. In dit stelsel draaien de planeten en de zon om de aarde heen, die stilstaat in het midden van het heelal. Hij dacht dus dat de aarde het middelpunt van het heelal was. Hij verzon ingenieuze systemen die veel van de afwijkingen ten opzichte van simpele cirkelbanen voor de planeten en de zon om de aarde konden corrigeren. Dit wereldbeeld bleef de algemene overtuiging tot ongeveer 1400, voornamelijk doordat het deel was van de doctrines van de christelijke kerk. Het werk van Hipparchos zou al lang vergeten zijn, ware het niet dat Ptolemeus zo’n 300 jaar later een deel van Hipparchos’ werk samen met zijn eigen werk publiceerde.

Copernicus (1473-1543)
Nicolaus Copernicus is geboren in Polen in 1473. Hij wilde de onnauwkeurigheden opheffen die in Ptolemeus’ systeem zaten. Hij besteedde veel tijd aan observaties en berekeningen en kwam tot de conclusie dat de aarde gewoon één van de planeten is die om de zon draait. De theorie verklaarde alle observaties en maar was niet erg eenvoudig. De kerk wilde hier echter niet van horen. Copernicus had door dat zijn theorieën als ketters gezien zouden worden en wachtte met het uitbrengen van zijn bevindingen tot het jaar van zijn dood.

Tycho Brahe (1546-1601)
Tycho Brahe is geboren in Denemarken in 1546. Hij was een briljante observator en verzamelde veel gegevens over de planeetbewegingen. Hij was een aanhanger van de geocentrische stroming. Zijn werk werd na zijn dood in 1601 overgenomen door zijn jonge assistent Johannes Kepler.

Johannes Kepler (1571-1630)
Kepler begon met een analyse van Brahe’s gegevens en vond dat deze alleen ingepast konden worden in een heliocentrisch model (de zon is het middelpunt en de planeten draaien om de zon heen). Maar veel belangrijker was dat hij vond dat het hele systeem in een eenvoudige vorm paste, als de planeten niet op cirkelbanen, maar op ellipsvormige banen rond de zon bewegen. Daarbij staat de zon in de focus van de ellipsbaan van iedere planeet en verandert de snelheid waarmee de planeten bewegen in hun baan. Het resultaat was een publicatie van drie wetten voor de planeetbewegingen om de zon. Deze publicatie heeft de astronomie volledig vernieuwd.

Galileo Galileï (1564-1642)
Galileo Galileï heeft vele ontdekkingen gedaan, maar kwam ook in conflict met de kerk. Hij bouwde een van de eerste telescopen en gebruikte deze om de maan, Venus, de zon en Jupiter te observeren. Hij ontdekte vier manen rondom Jupiter – de Galileische satellieten. Zijn ondergang kwam toen hij werk publiceerde dat vóór de heliocentrische theorie pleitte. Hij werd door de kerk gedwongen afstand te doen van zijn heliocentriche theorieën en kreeg levenslang huisarrest tot zijn dood in 1642.

Isaac Newton (1642-1727)
Isaac Newton werkte in vele vakgebieden, maar zijn bijdrage aan de sterrenkunde waren zijn zwaartekrachtswetten. Op basis van de wetten van Kepler leidde hij af dat de bewegingen in het zonnestelsel volledig kunnen worden verklaard door een centrale aantrekkingskracht die de zon op de planeten uitoefent, de zwaartekracht of gravitatiekracht. Om de berekeningen te doen die daarvoor nodig waren, moest hij ook een heel stuk nieuwe wiskunde ontwikkelen. De wetten van Newton hebben honderden jaren stand gehouden, totdat Einsteins algemene relativiteitstheorie geboren was. Toch worden de wetten van Newton nog altijd veel gebruikt voor veel simpele en snelle berekeningen.