De ontdekking van het zonnestelsel behoort tot de periode die “Renaissance” wordt genoemd, toen filosofen besloten om bij de opbouw van de wetenschappelijke onderneming niets anders toe te laten dan waarneming en logica, en om de traditie te verwerpen. Misschien wel de bekendste exponent van deze nieuwe (en moedige) benadering is de Franse wiskundige, filosoof en wetenschapper René Descartes (1596-1650). Zijn uitspraak “cogito ergo sum” (ik denk dus ik ben) is symbolisch voor de houding van de Renaissance. (Sommigen hebben erop gewezen dat je niet kunt denken zonder aan iets te denken, zodat het onmogelijk is om wetenschap te beginnen met zuivere logica. Hoe dan ook, Descartes probeerde het en kwam met veel interessante resultaten, en ook met een aantal behoorlijk vreemde begrippen).
Algemene aanvaarding van het zon-gecentreerde systeem van hemelbewegingen duurde enkele honderden jaren. Het hoofdidee van het zonnestelsel werd voorgesteld door de Poolse astronoom Nicolaus Copernicus (1473-1543) die zei dat “de zon het middelpunt van het heelal is” en de planeten er in volmaakte cirkels omheen liet bewegen (in zijn boek “Over de omwenteling van de hemelsferen”, geschreven in het Latijn en gepubliceerd in 1543). Hij blies daarmee een oud idee nieuw leven in dat terugging tot de Griekse filosoof Aristarchos (bloeide ~270 v. Chr.) die suggereerde dat de Zon veel groter is dan de Aarde en dat zij, en niet de Aarde, zich in het centrum van het universum bevindt. (Niemand besteedde hier veel aandacht aan, want het is duidelijk dat de Zon veel beweegt: eenmaal per dag langs de hemel, eenmaal per jaar langs de sterren op verschillende hoogten boven de horizon).
De Duitse astronoom Johannes Kepler (1571-1630) steunde het Copernicaanse concept dat de zon in het centrum staat, maar gaf de planeten elliptische banen, met de zon in een van de brandpunten van elke ellips, om hun ingewikkelde bewegingen correcter te beschrijven. De directe waarnemingen van Galileo Galilei (1564-1642), die aantoonde dat Venus fasen heeft zoals de maan (met de telescoop die hij uitvond en bouwde) maakten de zaak rond voor het heliocentrische systeem. (De Kerk was het daar niet mee eens. Zij plaatste Copernicus’ boek op de index van verboden werken in 1616, en liet het daar tot 1835. Ook moest Galileo recant worden en werd hem verboden les te geven en zijn huis te verlaten).
Galileo was een van de grote geesten aller tijden. Zoals de Franse filosoof Yves Bonnefoy heeft gezegd: “Met Galileo werd de maan niet langer een voorwerp van aanbidding, maar een voorwerp van wetenschappelijke studie.” Een andere Italiaanse astronoom, Giovanni Domenico Cassini (1625-1721) (wiens naam verbonden is met de grote kloof tussen de binnenste en de buitenste ring van Saturnus) bepaalde de grootte van de baan van de Aarde. Zijn waarde was slechts 7 procent kleiner dan de moderne (150 miljoen km). Hij stelde ook de grootte van het zonnestelsel vast. (Aristarchus zat er een factor 20 naast bij het schatten van de afstand tot de zon).
Toen kwam Isaac Newton (1642-1727) die de wetten van de natuurkunde naar het zonnestelsel bracht. Isaac Newton verklaarde waarom de planeten bewegen zoals ze bewegen, door zijn bewegingswetten toe te passen, en de gravitatiekracht tussen twee willekeurige lichamen, waarbij de kracht afneemt met het kwadraat van de afstand tussen de twee lichamen. (Newton formuleerde niet alleen de bewegingswetten, maar vond ook het begrip gravitatiekracht uit en een nieuw soort wiskunde om de bewegingen van planeten te berekenen. Deze wiskunde wordt nu calculus genoemd. Het was onafhankelijk uitgevonden, en eerder gepubliceerd, door de Duitse wiskundige Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), wiens notatie vandaag de dag nog steeds in schoolboeken wordt gebruikt. Newton bouwde ook de eerste spiegeltelescoop om de hemel mee te bekijken).
De wetenschap dat de zon in het centrum van het systeem staat, en de draaiende planeten er volgens Newtons wetten in hun juiste banen omheen bewegen, werd de basis voor verdere verkenningen van de “hemelmechanica”. Veel details van de bewegingen moesten nog worden uitgewerkt. Belangrijke bijdragen kwamen van de Franse wiskundigen en astronomen Pierre Simon de Pierre Simon Laplace (1749-1827), Joseph Louis Lagrange (1736-1813), en Urbain Leverrier (1811-1877). (Ook nu nog is de hemelmechanica een actief studiegebied, vanwege de hoeveelheid rekenwerk die nodig is om de posities van planeten voor miljoenen jaren uit te rekenen).
De Engelse astronoom Edmond Halley (1656-1742) besefte dat kometen deel uitmaken van het systeem (ten minste één van hen, de komeet van Halley, bleef elke 75 jaar terugkomen). Neptunus, een belangrijke planeet, werd pas in 1846 ontdekt (door de Duitse astronoom Johann Galle, op aanwijzing van Leverrier); Pluto werd in 1930 gevonden. Veel astronomen denken nu dat Pluto eigenlijk gewoon een ongewoon groot komeet-type lichaam is (of liever twee lichamen) in de “Kuipergordel”, met honderden of duizenden van zulke lichamen. De Kuipergordel ontleent zijn naam aan de Nederlands-Amerikaanse astronoom Gerard Kuiper (1905-1973) die veel heeft bijgedragen aan de kennis van satellieten van de buitenplaneten.
Daarnaast is er de “Oortwolk”, asteroïden en kometen die het zonnestelsel omgeven zoals een zwerm muggen een groep mensen omringt die in de zomer in Minnesota aan het picknicken zijn. De “Oortwolk”, genoemd naar de Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort (1900-1992) die het bestaan ervan heeft voorgesteld (in 1950), is een enorme verzameling kometen op grote afstand van het binnenste zonnestelsel. Het fungeert als een schijnbaar onuitputtelijk reservoir voor kometen die dicht bij de zon komen (en daardoor een kort leven beschoren zijn). Men denkt dat kometen die het pad van de binnenplaneten kruisen, dit doen omdat hun banen werden verstoord door de zwaartekracht van passerende sterren.
Twee fundamentele ontdekkingen over onze wereld behoren tot de grootste bijdragen aan het menselijk denken: De leeftijd van het zonnestelsel en de energiebron van de zon. Deze twee zijn met elkaar verbonden, want alleen de energie van kernfusie (waarbij massa in energie wordt omgezet) kan de zon van brandstof voorzien zolang zij onze thuisplaneet heeft verwarmd.
De ontdekking van de energiebron van de Zon – fusie van waterstofkernen (d.w.z. protonen) tot heliumkernen (d.w.z. alfadeeltjes) – is voor een groot deel te danken aan de ontdekking van radioactiviteit (door Antoine Becquerel en het echtpaar Marie en Pierre Curie); aan de ontdekking van het proton en van de veranderlijkheid van atoomkernen (door Ernest Rutherford); en aan het besef dat massa zelf een manifestatie van energie is (door Albert Einstein). Samen zijn deze ontdekkingen minder dan een eeuw oud. Het concept van de zon als nucleaire oven wordt pas redelijk goed begrepen sinds de jaren 1930.