miniatura|Esferes celestes geocèntriques en la Cosmografia de Petrus Apianus (Anvers, 1539) Les esferes celestes, o cossos celestes, foren objectes fonamentals dels models cosmològics estudiats per Plató, Èudox de Cnidos, Aristòtil, Claudi Ptolemeu, Nicolau Copèrnic i altres. En aquests models celestes, els moviments aparents de les estreles fixes i dels planetes s'explicaven tractant-los com a objectes incrustats en unes esferes giratòries, fetes d'un cinqué element eteri transparent (èter), com joies fixes. Com que es creia que les estreles fixes no canviaven de posició entre si, s'argumentava que havien de ser en la superfície d'una sola esfera estelada.Grant, Planets, Stars, and Orbs, p. 440.
En el coneixement modern, les òrbites dels planetes es veuen com trajectòries d'aquests planetes a través de l'espai. Els pensadors antics i medievals, tanmateix, consideraven que els cossos celestes eren grans esferes de matèria enrarida inscrites l'una dins de l'altra, en contacte total amb l'esfera superior i la inferior.Lindberg, Beginnings of Western Science, p. 251. Quan els erudits aplicaven els epicicles de Ptolemeu, suposaven que cada esfera planetària era prou gruixuda com per encabir-los. En combinar aquest model d'esferes amb observacions astronòmiques, els antics astrònoms calcularen els que es convertiren en valors acceptats en aquell moment per a les distàncies al Sol (uns 4 milions de milles), als altres planetes i a la vora de l'univers (al voltant de 73 milions de milles).Van Helden, Measuring the Universe, p. 28-40. Les distàncies del model d'esferes inscrites al Sol i als planetes difereixen molt dels mesuraments actuals, i ara se sap que la grandària de l'univers observable és inconcebiblement gran i possiblement infinita.Grant, Planets, Stars, and Orbs, p. 437-8.Van Helden, Measuring the Universe, p. 3.
Segons Albert Van Helden, des del 1250 fins al , pràcticament tots els europeus estaven familiaritzats amb el model de Ptolemeu de les esferes. Fins i tot després d'adoptar el model heliocèntric de l'univers de Copèrnic, s'introduïren noves versions de la teoria de les esferes, amb el Sol al centre i els planetes seguint la seqüència: Mercuri, Venus, Terra-Lluna, Mart, Júpiter i Saturn.
La creença tradicional en la teoria de les esferes no sobrevisqué a la revolució científica. A començament del , Kepler continuava parlant d'esferes celestes, tot i que no considerava que els planetes fossen duts per les esferes, sinó que es movien en els camins el·líptics descrits per les seues lleis del moviment planetari. A la fi del , les teories gregues i medievals sobre el moviment dels objectes terrestres i celestes se substituïren per la llei de Newton de la gravitació universal i la mecànica newtoniana, que explicaven com les lleis de Kepler sorgien de l'atracció gravitacional entre els cossos.
Història Idees inicials sobre esferes i cercles En l'antiga Grècia els conceptes d'esferes celestes i anells aparegueren per primera vegada en la cosmologia d'Anaximandre en el ae.Heath (1913/1997), Aristarchus of Samos, capítulo 4 (Oxford University Press/Sandpiper Books Ltd).Popper (1998), The World of Parmenides, p. 11. Routledge. En la seua cosmologia, el Sol i la Lluna eren respiradors circulars oberts en anells tubulars de foc tancats en tubs d'aire condensat; aquests anells eren les llandes de les rodes que giraven sobre la Terra al seu centre. Les estreles fixes eren també obertures en aquestes llandes, però hi havia tantes rodes per a les estreles que els seus cèrcols contigus formaven una escorça esfèrica contínua que abastava la Terra. Totes aquestes llandes havien estat formades a partir d'una esfera originària de foc que abraçava la Terra, que s'havia desintegrat en molts anells individuals.Heath, ibid, p. 26–28. Per tant, en la cosmogonia d'Anaximandre, de l'esfera inicial es formaren els anells celestes, d'alguns dels quals l'esfera estel·lar s'havia compost. Vist des de la Terra, l'anell del Sol era el més alt; el de la Lluna era més a baix i l'esfera de les estreles era la més baixa.
Seguint Anaximandre, el seu deixeble Anaxímenes (c. 585-528/4) sostenia que les estreles, el Sol, la Lluna i els planetes estaven fets de foc. Però mentre que les estreles se subjectaven en una esfera cristal·lina giratòria, el Sol, la Lluna i els planetes, i també la Terra, simplement suraven en l'aire com fulles.Heath (1913), Aristarchus of Samos, capítol 5. I mentre que les estreles fixes es movien al voltant en un cercle complet per l'esfera estel·lar, el Sol, la Lluna i els planetes no giraven sota la Terra entre la posta i l'alba com fan les estreles, sinó que en la posta anaven lateralment al voltant de la Terra fins que s'aixecaven una altra vegada. I a diferència d'Anaximandre, relegà les estreles fixes a la regió més distant de la Terra. La característica més duradora del cosmos d'Anaxímenes era la idea que les estreles estaven fixes en una esfera de cristall, que esdevingué un principi fonamental de la cosmologia fins a Copèrnic i Kepler.
Després d'Anaxímenes, Pitàgores, Xenòfanes i Parmènides sostenien que l'univers era esfèric.Per a les cosmologies esfèriques de Xenòfanes i Parmènides vegeu: Heath ibid, capítol 7 i capítol 9 respectivament; i Popper ibid, assaigs 2 i 3. I més tard, en el ae, el Timeu de Plató proposava que l'univers estava fet de la manera més perfecta, la d'una esfera que contenia les estreles fixes.F. M. Cornford, Plato's Cosmology: The Timaeus of Plato, p. 54–57. Postulava, però, que els planetes eren cossos esfèrics situats en bandes giratòries o anells en lloc de llandes com en la cosmologia d'Anaximandre.
Sorgiment de les esferes planetàries En lloc de bandes, Èudox, deixeble de Plató, definí un model planetari usant esferes concèntriques per als planetes, amb tres esferes cadascuna per als models de la Lluna i el Sol i quatre per a les dels altres cinc planetes, amb 26 esferes en total.Neugebauer, History of Ancient Mathematical Astronomy, vol. 2, p. 677–685.Lloyd, Heavenly aberrations, p. 173. Cal·lip de Cízic modificà aquest sistema, amb cinc esferes per als seus models del Sol, Lluna, Mercuri, Venus i Mart i amb quatre esferes per als models de Júpiter i Saturn, amb 33 esferes en total. Tot i que els models d'Èudox i Cal·lip qualifiquen les característiques del moviment dels planetes, no expliquen aquest moviment i, per tant, no poden proporcionar-ne prediccions quantitatives. Malgrat que els historiadors de la ciència grega han considerat aquests models com a representacions merament geomètriques, alguns estudis recents han proposat que també estaven destinats a ser físicament reals o, sense pronunciar-se, han assenyalat les limitades proves per a resoldre la qüestió.Dreyer, History of the Planetary Systems, p. 90–91, 121–122.Lloyd, Aristotle, p. 150.Larry Wright, The Astronomy of Eudoxus: Geometry or Physics, Studies in History and Philosophy of Science, 4 (1973): 165–172.G. E. R. Lloyd, Saving the Phenomena, Classical Quarterly, 28 (1978): 202–222, p. 219.
En la Metafísica, Aristòtil definí una cosmologia física d'esferes, basada en els models matemàtics d'Èudox. En el model celeste completament desenvolupat d'Aristòtil, la Terra esfèrica era al centre de l'univers i els planetes es movien per 47 o 55 esferes interconnectades que formaven un sistema planetari unificat, mentre que en els models d'Èudox i Cal·lip cada conjunt d'esferes del planeta no estava connectat amb els del proper planeta.Aristotle, Metaphysics 1073b1–1074a13, p. 882–883 in The Basic Works of Aristotle Richard McKeon, ed., The Modern Library 2001. Aristòtil afirma que el nombre d'esferes i, per tant, el nombre de motors, ha de ser determinat per la recerca astronòmica, però afegí esferes a les proposades per Èudox i Cal·lip, per a contrarestar el moviment de les esferes exteriors. Considerava que aquestes esferes estaven fetes d'un cinqué element immutable, l'èter. Cadascuna d'aquestes esferes concèntriques era moguda pel seu déu —un immutable moviment que mou la seua esfera simplement pel fet de ser estimat per ella."The final cause, then, produces motion by being loved, but all other things move by being moved", Aristotle, Metaphysics 1072b4. miniatura|Model ptolemaic de les esferes de Venus, Mart, Júpiter i Saturn amb epicicles i equants. Georg von Peuerbach, Theoricae novae planetarum, 1474 En l'Almagest, Claudi Ptolemeu (fl. 150 de) descrigué models geomètrics predictius dels moviments de les estreles i els planetes, i els estengué a un model físic unificat de l'univers en Hipòtesis planetàries.Neugebauer, History of Ancient Mathematical Astronomy, p. 111–12, 148.Crowe, Theories of the World, pp.45, 49–50, 72.Linton, From Eudoxus to Einstein, pp.63–64, 81. Amb l'ús d'excèntrics i epicicles, el seu model geomètric assolí més detall matemàtic i precisió predictiva que els models esfèrics concèntrics exposats abans.Taliaferro, Translator's Introduction to the Almagest, p,1; Dreyer, History of the Planetary Systems, pp.160, 167. En el model de Ptolemeu, cada planeta era contingut en dues o més esferes, però en el llibre segon d'Hipòtesis planetàries Ptolemeu descriu discs circulars densos en comptes d'esferes com en el seu primer llibre.Neugebauer, History of Ancient Mathematical Astronomy, vol. 2, p. 917–926. El model de les esferes concèntriques de Ptolemeu proporcionà les dimensions generals del cosmos, i la distància de Saturn, la més gran, era 19.865 vegades el radi de la Terra, i la distància de les estreles fixes d'almenys 20.000 radis de la Terra.
Les esferes planetàries es disposaven cap a fora des de la Terra, esfèrica i estacionària al centre del cosmos, en aquest ordre: Lluna, Mercuri, Venus, Sol, Mart, Júpiter i Saturn. En models més detallats, les set esferes planetàries contenien altres esferes secundàries a dintre. Després de les esferes planetàries hi havia l'esfera estel·lar que contenia les estreles fixes; altres astrònoms hi afegien una novena esfera per a explicar la precessió dels equinoccis, una de desena per a esclarir la trepidació dels equinoccis i una d'onzena per a justificar l'obliqüitat canviant de l'eclíptica.Francis R. Johnson, Marlowe's "Imperiall Heaven, ELH, 12 (1945): 35–44, p. 39. En l'antiguitat l'ordre dels planetes inferiors no era universalment acceptat: Plató i els seus deixebles els ordenaren començant per la Lluna, el Sol, Mercuri, Venus, i després seguien el model estés de les esferes superiors.Bruce S. Eastwood, Ordering the Heavens: Roman Astronomy and Cosmology in the Carolingian Renaissance, (Leiden: Brill) 2007, p. 36–45.In his De Revolutionibus Bk1.10 Copernicus claimed the empirical reason why Plato's followers put the orbits of Mercury and Venus above the Sun's was that if they were sub-solar, then by the Sun's reflected light they would only ever appear as hemispheres at most and would also sometimes eclipse the Sun, but they do neither. (See p521 Great Books of the Western World 16 Ptolemy–Copernicus–Kepler) Altres autors no acceptaven el lloc relatiu de Mercuri i Venus. Ptolemeu els situà dessota el Sol amb Venus per sobre de Mercuri; uns altres els col·locaren per damunt del Sol; alguns pensadors medievals, com Nur-ad-Din al-Bitrují, posaven l'esfera de Venus damunt el Sol i la de Mercuri a sota.al-Biţrūjī. (1971) On the Principles of Astronomy, 7.159–65, trans. Bernard R. Goldstein, vol. 1, p. 123–5. New Haven: Yale Univ. Pr.
Edat mitjana Debat astronòmic esquerra|miniatura|La Terra dins de set esferes celestes, de Beda, De natura rerum, finals del