希臘天文學家來自薩摩斯（Samos）的阿裡斯塔庫斯（Aristarchus）被認為是第一個提出宇宙日心模型的人。雖然原文本已經丟失，但阿基米德（Archimedes）的著作《數沙者》（TheSandReckoner）中的一個參考描述了阿裡斯塔庫斯的日心模型。阿裡斯塔庫斯認為恒星離太陽很遠，並認為這是恒星視差沒有被觀測到的原因，也就是說，當地球繞著太陽移動時，沒有觀測到恒星彼此相對移動。事實上，恒星的距離比古代通常假定的距離要遠得多，這就是為什麼恒星視差隻能通過精密儀器探測到。地心模型與行星視差一致，平行現象被認為是恒星視差不可觀測的原因。對日心說的拒絕顯然相當強烈，克裡安西斯（Cleanthes，亞裡士多德時代的當代主義者和斯多葛主義的領袖）建議希臘人起訴阿裡斯塔庫斯。
在古代支持阿裡斯塔庫斯日心模型且留下姓名的天文學家僅有塞琉西亞的塞琉古，他是希臘天文學家，生活在阿裡斯塔庫斯之後的一個世紀。根據普魯塔克（Plutarch）的說法，塞琉古是第一個通過推理來驗證日心模型的人，但不知道他使用了什麼論據。塞琉古關於日心宇宙學的論點可能與潮汐現象有關。根據斯特拉波（Strabo）的說法，塞琉古是第一個指出潮汐是由於月球的吸引力造成的，而潮汐的高度取決於月球相對於太陽的位置。就像尼古拉·哥白尼（NicolausCopernicus）後來在16世紀所做的一樣。在中世紀，印度天文學家阿耶波多（Aryabhata）和波斯天文學家阿布·瑪沙爾（AbuMashar）和艾爾·森加辛（Al-Sijzi）也提出了日心模型。艾爾·森加辛還認為地球在自轉軸上旋轉。
亞裡士多德的地心說模型在西方世界被接受大約兩千年，直到尼古拉·哥白尼（NicolausCopernicus）恢複了阿裡斯塔庫斯的日心說模型，即如果地球在自轉軸上自轉，而且太陽被放置在宇宙的中心，天文觀測數據可以解釋得更合理。正如哥白尼自己指出的，地球自轉的概念非常古老，至少可以追溯到菲洛勞斯（Philolaus，約公元前450年），蓬杜斯（Ponticus）的赫拉克利德斯（Heraclides，約公元前350年）和畢達哥拉斯學派的厄克方圖（Ecphantus）。大約在哥白尼前一個世紀，庫薩（Cusa）的基督教學者尼古拉斯（Nicholas）在他的著作《論無知》（1440年）中也提出地球在其自轉軸上旋轉。納西爾丁·圖西（Tusi，1201—1274）和阿裡·古什吉（AliQushji，1403—1474）利用彗星天象提供了地球在自轉軸上自轉的經驗證據。日心說被艾薩克·牛頓（IsaacNewton）、克裡斯蒂安·惠更斯（ChristiaanHuygens）以及後來的科學家所接受。牛頓以哥白尼的研究、第穀·布拉赫（JohannesKepler）的觀測數據以及約翰尼斯·開普勒（JohannesKepler）的行星運動定律為基礎，總結出了萬有引力定律。
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埃德蒙·哈雷（EdmundHalley，1720年）和讓-菲利普·德·查索（Jean-PhilippedeCheseaux，1744年）獨立地指出，假設無限空間均勻地充滿恒星，這將導致夜間天空與太陽本身一樣明亮的預測，這在19世紀被稱為奧伯斯佯謬（Olbersparadox）。牛頓認為，一個無限空間一致地充滿物質會導致無限的力，以及導致物質在自身引力下向內坍縮的不穩定。1902年，金斯不穩定性闡釋了這種不穩定。約翰·海因裡希·朗伯（JohannHeinrichLambert）在1761年早些時候也提出了這樣的宇宙學模型。18世紀天文學的一個重大進步是湯姆斯·萊特（ThomasWright）、伊曼努爾·康德（ImmanuelKant）和其他人對星雲的觀測。
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