准确地说，行星围绕着中央恒星的运行轨道是椭圆形，或者说是微扁的圆形。由于扁的程度很小，所以用眼睛难以看出来。太阳不是位于椭圆的中心，而是椭圆的一个焦点上，当焦点和中心的距离比较大时，凭借肉眼就能看见。通过这个距离能够得出椭圆的偏心率，这个数值远远大于扁的程度。例如，水星轨道的偏心率非常大，但扁的程度仅仅是0.02。如果我们假设椭圆轨道的长轴是50，短轴是49，根据这个比例推测，太阳到轨道中心的距离是10。

为了解释这一点，我们用一幅图表示太阳系中的天体运行轨道，并且大致画出轨道形状和相对位置。我们一眼就能发现，同一轨道上的某些点与太阳的距离比较近。

太阳系中的天体轨道

尽管我很不想用专业术语打扰读者的阅读兴趣，但为了详细解释行星的真实运动和视运动，我希望读者能够了解一下天文学中的某些概念：

内行星（inferior planets）：指的是运行轨道在地球轨道里面的行星。水星和金星是这类行星。

外行星（superior planets）：指的是运行轨道在地球轨道外面的行星。火星、小行星、外层四大行星是这类行星。

当一颗行星从太阳旁边经过，看起来好像和太阳位于同一个方向时，这叫做与太阳相合。

“下合”（inferior conjunction）：指的是行星在太阳和地球之间的合。

“上合”（superior conjunction）：指的是太阳在行星和地球之间的合。

我们思考一下便会明白，外行星不会出现下合现象，只有内行星既会出现下合现象，又会出现上合现象。

当一颗行星位于太阳的反方向上，或者说地球在太阳和行星之间时，这种现象称为“冲”（opposition）。那时候，行星在太阳降落时升起，而在太阳升起时降落。当然，内行星不会出现冲现象。

在行星绕着太阳运行的轨道中，“近日点”（perihelion）指的是到太阳最近的一点，而“远日点”（aphelion）指的是到太阳最远的一点。

当内行星（水星和金星）绕着太阳运行时，它们看起来好像是从太阳的这一边到那一边。我们看见的它们到太阳的距离叫做“距角”（elongation）。

水星的最大距角一般是25度，有时多一些，有时少一些，因为这颗行星绕着太阳运行的轨道偏心率比较大。金星的最大距角大约是45度。

如果两颗行星之一位于太阳东边，那么，我们在日落时会发现它在西天；如果在太阳西边，那么，我们在黎明时会发现它在东天。由于这两颗行星距离太阳比较近，无法越过我们上文所说的界限，所以它们绝对不会出现在日落时的冬天或者黎明时的西天。

任何两颗行星的轨道都不会位于同一平面内。换句话说，假如我们沿着一条轨道往水平方向看去，其他轨道都会有些倾斜。为了便于研究，天文学家将地球轨道平面（或者说是黄道平面）作为水平标准。既然每颗行星都是围绕太阳运行的，所以行星轨道会与地球轨道相交于两点——准确地说，也就是行星轨道和黄道平面相交于两点，这两个点叫做“交点”（nodes）。

行星轨道和黄道平面的夹角叫做“轨道夹角”（inclination）。水星轨道的夹角最大，大约是7度；金星轨道的夹角比较小，大约是3度24分；而外行星轨道的夹角更小，土星的夹角是2度30分，天王星的夹角是46分。

行星的距离

除了海王星之外，行星之间的距离符合“提丢斯—波德定律”（Bode’s law）。定律是用首先发现这个特点的天文学家的名字命名的。定律的内容是：选取0、3、6、12、24……从第二个数开始，下一个数字是上一个数字的2倍，然后再加上4，便得出了行星的大概距离（不包括海王星），如下面表格所示：

在实际距离这一项中，我们发现天文学家不用千米这种描述长度的单位表示天体之间的距离，主要有两个原因：第一，我们常用的计量单位千米太小了，用它描述行星之间的距离犹如用厘米表示两座城市之间的距离；第二，我们平时使用的长度单位不能表示天文学上的距离。如果我们将太阳到地球的距离当作长度单位，便很容易确定行星之间的距离。因此，假如想要知道天文学中的行星与太阳之间的距离，只要将上述表格中的实际距离除以10就行了，或者说将小数点向前移动一位。

在上述表格中，我们没有使用不必要的小数给读者造成困扰。其实，水星的距离是0.387，其他行星也是一样；我们只是将其当作0.4，然后乘以10，以便与提丢斯—波德定律建立联系。

开普勒定律

由于行星在各自轨道上的运行恰好与开普勒（Kepler）发现的规律相符，所以这个规律被称为“开普勒定律”（Kepler’s laws）。我们在前文已经说过这个定律的第一条：行星的运行轨道是椭圆形，而且太阳位于椭圆的一个焦点上。

第二定律的内容是：行星与太阳的距离越近，运行速度越快。通过数学语言准确地说是：在相同的时间内，行星和太阳的连线所扫过的面积相同。这样，我们很清楚，如果行星和太阳之间的距离比较近，为了在相同时间内扫过相同的面积，所以它的运行速度要快一些。

第三定律的内容是：行星和太阳平均距离的立方与行星公转周期的平方是正比关系。我们简单解释一下这条定律，如果一颗行星到太阳的距离比另一颗行星到太阳的距离远4倍，那它绕着太阳旋转一圈的时间要比另一颗行星旋转一圈的时间多8倍。这个数字是这样求出来的，首先求出4的立方是64，然后再求出64的平方根，得到数字8。

由于天文学家以地球到太阳的平均距离作为太阳系中的长度单位，所以内行星的平均距离是不足1的小数，而外行星的距离从1.5（火星）到30（海王星）。我们首先计算出这些距离的立方数，然后再求出平方根，这样就能得到以年作为单位的行星的公转周期。借助于上述资料，读者很容易得出各个行星的公转周期。

我们发现，越靠近外层的行星，它们绕着轨道运行一圈需要的时间越长，一方面是由于路程增加了，另一方面是因为它们的速度变慢了。如果一颗行星比另一颗行星到太阳的距离远了4倍，那么，它的运行速度是另一颗行星的一半，而运行一圈需要的时间比另一颗行星多8倍。地球绕着太阳的运行速度是29.8千米/秒，海王星的运行速度是5.6千米/秒，而它运行一圈所走的路程大约是地球的30倍。因此，海王星绕着太阳旋转一周需要的时间大约是160年。

需要说明的是，借助于第谷留下来的各种资料，开普勒花费了许多精力，凭借观察和猜测得出了开普勒三大定律，并将其写入1619年出版的著作《宇宙和谐论》一书中。100多年后，牛顿通过另外一条途径得出了这个结论，借助于引力定律的知识，从数学中得出这三个结论。