Общая структура

По структуре труд «О вращении небесных сфер» почти повторяет «Альмагест» в несколько сокращённом виде (6 книг вместо 13).

• Книга I. Главы 1-11 посвящены описанию шарообразности мира и Земли. При этом, вопреки Птолемею, вместо положения о неподвижности Земли помещена иная аксиома — Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и обращаются вокруг Солнца. Эта концепция подробно аргументируется, а «мнение древних» опровергается (настолько убедительно, насколько позволяло зачаточное состояние тогдашней теоретической механики). С гелиоцентрических позиций Коперник без труда объясняет возвратное движение планет. Главы 12-14 — введение в практическую тригонометрию и таблицы синусов (в отличие от шестидесятиричных птолемеевых, у Коперника синусы десятичные).
• Книга II — теория и принципы сферической астрономии, правила вычисления видимых положений звёзд, планет и Солнца на небесном своде. Глава 14 описывает астрономические приборы. В приложении помещён звёздный каталог, аналогичный птолемеевскому (VII—VIII книги «Альмагеста», с некоторыми обновлениями), с координатами 1024 звёзд. Этот каталог и вся книга II — самая ранняя часть всего труда.
• Книга III посвящена годовому движению Земли и явлению предварения равноденствий.
• Книга IV описывает видимое движение Луны по орбите, теорию лунных и солнечных затмений.
• Книга V — теория движения планет по долготе.
• Книга VI — полное толкование новой системы и разъяснения по расчётам положения астрономических объектов, в том числе о причинах изменения широт планет.

Система мира Коперника

Гелиоцентрическая система в варианте Коперника выглядит следующим образом.

В центре Вселенной располагается Солнце, вокруг него расположены восемь сфер. Внешняя сфера состоит из неподвижных звёзд, внутренние семь несут на себе планеты и Луну в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля с Луной, Марс, Юпитер, Сатурн. Характерно, что Коперник, в отличие от своих современников, Солнце и Луну не называет планетами.

Сферы совершают сложные равномерные вращения, увлекая связанные с ними планеты. Суточное движение Солнца — иллюзорно, и вызвано вращением Земли вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе. Аналогично иллюзорным является годовое перемещение Солнца среди созвездий — Земля (вместе с Луной), как и другие планеты, обращается вокруг Солнца, и поэтому перемещение светил по Зодиаку — не более чем эффект годового движения Земли.

В рамках гелиоцентризма сразу нашли простое решение многие научные проблемы. С точки зрения движущейся Земли становится понятным и видимое попятное движение планет, а смена времён года на Земле объясняется точно так же, как и в наши дни. Коперник первым нашёл правильное объяснение явления предварения равноденствий, о котором астрономы спорили 18 веков — причиной оказалось периодическое смещение земной оси, из-за чего сдвигается небесная система координат.

Несмотря на плохую точность своих астрономических инструментов, Коперник сумел изложить теорию движения Луны, гораздо более точную, чем птолемеевская. По теории Птолемея, видимый диаметр Луны в перигее должен быть вдвое больше, чем в апогее; этот нелепый вывод противоречил всем наблюдениям, но долгое время обходился молчанием. Коперник привёл свои расчёты, по которым разница составляла 8' (по современным данным, около 5').