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虽然在两千多年的时间里人们习惯性地接受了地心说模型，但后来人们在对星空进行观察时发现，地心说存在一个无法自洽的问题，就是在地球上观察行星时，大部分时间行星在天球上自西向东运行，但有小部分时间是自东向西运行，并且行星运行方向转变时会出现短时间位置不动的现象。这个问题也被称为行星运动留和逆行的问题，是地心说无法解释的，这说明地心说模型存在着根本性的漏洞。人们也许已经意识到，行星并不是简单地围绕地球为中心运转，但在当时中世纪的欧洲，科学探索和宣传是非常危险的一件事，甚至会有生命危险，因此也没人敢挑战地心说的权威。直到 16 世纪中期，日心说才被哥白尼重新提出，并且他在结合阿利斯塔克日心说和托勒密地心说的基础上完整地构建了日心说模型和体系，而这个时期的欧洲已经完成了宗教改革并且进入了文艺复兴的时期。
图 1-2 哥白尼的日心说模型
哥白尼在发表的《天体运行论》中提出，地球在做两种运动，一种是环绕太阳做公转运动，另一种是自转运动，这个模型被认为是完整的日心说模型，在这个模型中把之前地球的位置换成了太阳，而地球则成为绕太阳运转的一颗行星，这样行星运动留和逆行的问题便得到了合理的解释。有意思的是，哥白尼的《天体运行论》出版之后，由于出版商加了一个序言，表明“日心说”只是为了制订星表而作的一个假设，书中论述的“日心说”未必是真实的情形，甚至未必有可能是那样，它只是提供了一种比较方便的，有助于天文学家进行更精确计算的数学工具。因此，哥白尼和他的“日心说”当时并未遭到教会的强烈反对和抵制，当然也没有引起人们多大的重视。日心说真正引起人们的关注是在17 世纪初，伽利略发明了天文望远镜，并且通过天文望远镜观察到支持日心说的一些天文现象依据，并且在《关于两大世界体系的对话》一书中全面阐述了对哥白尼日心说的支持，后来，与伽利略同一时期的开普勒提出了著名的三大行星运动定律，进一步为哥白尼日心说提供了最可靠的证据。
17 世纪是个伟大的时代，是人类对于自然、宇宙以及万物规律的认知集中突破的时代，尤其在欧洲文艺复兴的历史背景下，诞生了哥白尼、第谷、伽利略、开普勒等一批伟大的科学家和哲学家，他们的努力使得天文学产生了质变，也使得人们对时间和空间的理解得到了升华。尤其是伽利略用实验和论证的方法代替了人类对世界的直觉感知，他开创的科学方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学真正的开端，而且他发明的天文望远镜突破了人类的视觉极限，使人们突破了对空间和宇宙的认识局限，从此再也没有了所谓什么是宇宙中心之类的臆想。